本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用半導(dǎo)體的表面效應(yīng)，以柵極電壓控制半導(dǎo)體有源層表面的空穴與電子耗盡或積累，決定溝道的導(dǎo)通狀況，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。場(chǎng)效應(yīng)晶體管因原理簡(jiǎn)單，工藝成熟，可靠性高，現(xiàn)已普遍應(yīng)用于電子器件和集成電路的制造。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能受到工藝、制程、材料和器件結(jié)構(gòu)等多個(gè)因素的影響，其中溝道材料和器件結(jié)構(gòu)從根本上決定著場(chǎng)效應(yīng)晶體管的遷移率和工作效率。.

二維納米材料如石墨烯、過渡金屬硫化物等，以其優(yōu)異的物理和結(jié)構(gòu)特性已經(jīng)在電子、傳感和光電器件等多領(lǐng)域表現(xiàn)出非凡的應(yīng)用潛力。其中，石墨烯作為最具代表性的二維材料已經(jīng)被廣泛研究，它具有超高的載流子遷移率，但缺乏帶隙卻嚴(yán)重阻礙了石墨烯在半導(dǎo)體器件如場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用，而過渡金屬硫化物中的二硫化鑰具有明顯的帶隙，且在晶體管中表現(xiàn)出優(yōu)異的開關(guān)比特性。然而，二硫化鑰的結(jié)構(gòu)缺陷可能會(huì)導(dǎo)致電子遷移率的降低，從而影響它的電學(xué)性能。因此，在石墨烯中引入帶隙的方法被使用。

黑磷由于其優(yōu)異的性能得到了科學(xué)界廣泛關(guān)注，它有著類似但不同于石墨烯片層裝結(jié)構(gòu)的波形層狀結(jié)構(gòu)，并且具備石墨烯所沒有的半導(dǎo)體間隙。更重要的是它的半導(dǎo)體帶隙是直接帶隙，即電子導(dǎo)電能帶底部和非導(dǎo)電能帶頂部在同一位置。因而被科學(xué)界認(rèn)為是二維材料中的“超級(jí)材料”。同時(shí)由于量子限域效應(yīng)，黑磷量子點(diǎn)具有比黑磷塊體材料更優(yōu)異的光電性能，可在廣泛應(yīng)用于光伏、晶體管領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，旨在解決如何使用黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，該方法包括通過含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液在基板的上方形成有源層；形成與所述有源層接觸的源極圖案層和漏極圖案層。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在基板的上方形成的有源層，所述有源層包括黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)；與所述有源層接觸的源極圖案層和漏極圖案層。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明通過含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液在基板的上方形成有源層；形成與有源層接觸的源極圖案層和漏極圖案層的方法，使用黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)為材料制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的有源層，豐富了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備材料，減少了現(xiàn)有技術(shù)中使用金屬點(diǎn)膜層制備有源層時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)降低了對(duì)金屬元素的依賴性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第一實(shí)施例的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中步驟s13的具體流程示意圖；

圖4是圖1中步驟s14的具體流程示意圖；

圖5是本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第二實(shí)施例的流程示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第三實(shí)施例的流程示意圖；

圖8是本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所提供的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參閱圖1和圖2，本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第一實(shí)施例包括：

s11：在基板101上依次形成底柵圖案層102及覆蓋底柵圖案層102的底柵絕緣層103；

可選的，可將基板101清洗干凈之后，通過納米壓印工藝在基板101上形成如圖2所示的底柵圖案層102所處位置的凹槽，然后再沉積導(dǎo)電材料以形成底柵圖案層102，也可以在形成基板101時(shí)將導(dǎo)電材料與基板101共同形成，以形成摻雜有導(dǎo)電材料的基板101，還可以通過物理氣相沉積法在基板101上沉積導(dǎo)電材料膜，然后通過光阻涂布、曝光、顯影及剝離的光刻工藝形成底柵圖案層102；進(jìn)一步地可通過物理氣相沉積法或等離子體氣相沉積法在基板101上沉積一定厚度的絕緣材料層，以形成底柵絕緣層103。

可選的，基板101是包括但不限于的石英基板、玻璃基板或硅片基板；導(dǎo)電材料是包括但不限于石墨烯、金屬型碳納米的導(dǎo)電碳材料，絕緣材料是包括但不限于的氧化硅、氧化鋁、氮化硅或離子凝膠的絕緣材料。

s12：在基板101的上方形成隔離層104；

可選的，隔離層104為有機(jī)隔離層。

具體地，將完成上述步驟s11后的基板101用丙酮、甲醇和異丙醇的溶液浸泡沖洗，并在一定溫度烘干之后放入具有六甲基二硅胺蒸汽的環(huán)境中三分鐘，以在底柵絕緣層103上形成有機(jī)隔離層，有機(jī)隔離層具有很好的防水隔氧效果。

可選的，隔離層104的材料為但不限于六甲基二硅胺或聚甲基丙烯酸甲酯的材料。

s13：通過含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液在基板101的上方形成有源層105；

其中，含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液可通過包括但不限于液態(tài)剝離方法、微機(jī)械剝離法、電化學(xué)方法和激光消融方法制備而成，比如：在無氧條件下，將塊狀黑磷浸入有機(jī)溶劑中形成溶液，通入惰性氣體并在2000rpm轉(zhuǎn)速下攪拌25h，然后在水氧含量低于5ppm的手套箱中將溶液進(jìn)行轉(zhuǎn)速為8000rpm的低速離心10min，最后收集離心轉(zhuǎn)動(dòng)后的上清液，即可得到納米黑磷片溶液；還可以在無氧條件下將100μm大小的黑磷塊狀顆粒分散在有機(jī)溶劑中形成溶液，然后將該溶液先在功率為1000w～1400w下進(jìn)行探針式超聲2～4h，然后在功率為200w～400w下進(jìn)行水浴超聲8～12h，最后在水氧含量低于5ppm的手套箱中進(jìn)行轉(zhuǎn)速為8000rpm的離心20min，并收集上清液，即可得到黑磷量子點(diǎn)溶液。

可選的，有機(jī)溶劑為n-甲基吡咯烷酮或無水乙醇。

參閱圖3，該步驟s13可具體包括：

s131：使用旋涂法在基板101的上方將含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液旋涂形成黑磷膜層；

具體地，可在含有高純惰性氣體的手套箱中，將上述的含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液滴加至隔離層104上，并使用旋涂法在一定時(shí)間內(nèi)形成一定厚度的黑磷膜層。

可選的，惰性氣體為氮?dú)猓糠ǖ霓D(zhuǎn)數(shù)為3000rpm，旋涂時(shí)間為30s。

s132：低溫真空蒸發(fā)黑磷膜層以形成黑磷有源層。

可選的，在80℃的真空環(huán)境中對(duì)黑磷膜層進(jìn)行烘烤一定時(shí)間，并在烘烤結(jié)束之后，對(duì)黑磷膜層進(jìn)行圖案化處理，即可得到黑磷有源層，在其他實(shí)施例中，該步驟s132中對(duì)黑磷膜層進(jìn)行圖案化處理也可以在步驟s14中源極圖案層106及漏極圖案層107的圖案化處理之后進(jìn)行。

s14：形成與有源層105接觸的源極圖案層106及漏極圖案層107；

參閱圖4，該步驟s14可具體包括：

s141：在基體上形成導(dǎo)電材料層并通過轉(zhuǎn)印工藝將該導(dǎo)電材料層轉(zhuǎn)移至有源層105上；

可選的，通過化學(xué)氣相沉積法在銅箔上沉積導(dǎo)電材料層，然后通過轉(zhuǎn)印技術(shù)將該導(dǎo)電材料層轉(zhuǎn)移至步驟s13中的有源層105上。

s142：通過等離子體光刻法對(duì)導(dǎo)電材料層圖案化處理以形成源極圖案層106和漏極圖案層107；

可選的，在其他實(shí)施例中，在形成源極圖案層106及漏極圖案層107之后，還使用反應(yīng)型離子刻蝕法對(duì)步驟s132黑磷膜層進(jìn)行圖案化處理以形成有源層105。

可選的，導(dǎo)電材料是包括但不限于石墨烯、金屬型碳納米的導(dǎo)電碳材料。

s15：形成覆蓋源極圖案層106、漏極圖案層107及有源層105的保護(hù)層108；

可選的，通過化學(xué)氣相沉積法在隔離層104上形成覆蓋源極圖案層106、漏極圖案層107及有源層105的氧化硅層以作為保護(hù)層108。

s16：開設(shè)貫穿保護(hù)層108且連通源極圖案層106或漏極圖案層107的過孔1081。

具體地，通過光阻涂布、曝光、顯影及剝離的光刻工藝在保護(hù)層108中蝕刻出與源極圖案層106或漏極圖案層107連通的過孔1081，本實(shí)施例圖示中以過孔與漏極圖案層107連通為例。

共同參閱圖5及圖6，本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第二實(shí)施例中步驟s21、s22、s23及s24與上述第一實(shí)施例中的步驟s11、s12、s13及s14相同，在此不再贅述，本實(shí)施例還包括：

s25：形成覆蓋源極圖案層206、漏極圖案層207及有源層205的頂柵絕緣層209；

具體地，可通過物理氣相沉積法或等離子體氣相沉積法在隔離層204上沉積一定厚度的絕緣材料層以形成頂柵絕緣層209。

可選的，絕緣材料是包括但不限于的氧化硅、氧化鋁、氮化硅或離子凝膠的絕緣材料。

s26：在頂柵絕緣層209上形成頂柵圖案層210；

可選的，可通過旋涂法或提拉法在頂柵絕緣層209上沉積導(dǎo)電材料膜，并在真空低溫蒸發(fā)之后使用等離子蝕刻法以形成圖案化的導(dǎo)電材料膜，進(jìn)而形成頂柵圖案層210；在其他實(shí)施例中，也可以使用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法在頂柵絕緣層209上沉積導(dǎo)電材料膜，然后通過曝光、顯影、刻蝕和剝離的光刻工藝形成頂柵圖案層210。

可選的，導(dǎo)電材料是包括但不限于石墨烯、金屬型碳納米的導(dǎo)電碳材料。

s27：形成覆蓋頂柵圖案層210及頂柵絕緣層209的保護(hù)層208。

可選的，通過化學(xué)氣相沉積法在頂柵絕緣層209上沉積氧化硅，以形成覆蓋頂柵圖案層210及頂柵絕緣層209的保護(hù)層208。

s28：開設(shè)貫穿保護(hù)層208及頂柵絕緣層209且連通源極圖案層206或漏極圖案層207的過孔2081。

具體地，通過光阻涂布、曝光、顯影及剝離的光刻工藝在保護(hù)層208及頂柵絕緣層209中蝕刻出與源極圖案層206或漏極圖案層207連通的過孔2081。

共同參閱圖7及圖8，本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第三實(shí)施例包括：

s31：在基板301的上方形成隔離層302；

可選的，隔離層302為有機(jī)隔離層。

具體地，將基板301用丙酮、甲醇和異丙醇的溶液浸泡沖洗，并在一定溫度烘干之后放入具有六甲基二硅胺蒸汽的環(huán)境中三分鐘，以在基板301上形成有機(jī)隔離層，有機(jī)隔離層具有很好的防水隔氧效果。

可選的，隔離層302的材料為但不限于六甲基二硅胺或聚甲基丙烯酸甲酯的材料。

s32：通過含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液在基板301的上方形成有源層303；

該步驟s32與上述第一實(shí)施例中的步驟s13相同，在此不再贅述。

s33：形成與有源層303接觸的源極圖案層304及漏極圖案層305。

該步驟s33與上述第一實(shí)施例中的步驟s14相同，在此不再贅述。

s34：形成覆蓋源極圖案層304、漏極圖案層305及有源層303的頂柵絕緣層306；

具體地，可通過物理氣相沉積法或等離子體氣相沉積法在隔離層302上沉積一定厚度的絕緣材料層以形成頂柵絕緣層306；

可選的，絕緣材料是包括但不限于的氧化硅、氧化鋁、氮化硅或離子凝膠的絕緣材料。

s35：在頂柵絕緣層306上形成頂柵圖案層307；

可選的，可通過旋涂法或提拉法在頂柵絕緣層306上沉積導(dǎo)電材料膜，并在真空低溫蒸發(fā)之后使用等離子蝕刻法以形成圖案化的導(dǎo)電材料膜，進(jìn)而形成頂柵圖案層307；在其他實(shí)施例中，也可以使用物理氣相沉積法或化學(xué)氣相沉積法在頂柵絕緣層306上沉積導(dǎo)電材料膜，然后通過曝光、顯影、刻蝕和剝離的光刻工藝形成頂柵圖案層307。

可選的，導(dǎo)電材料是包括但不限于石墨烯、金屬型碳納米管的導(dǎo)電碳材料。

s36：形成覆蓋頂柵絕緣層306及頂柵圖案層307的保護(hù)層308。

可選的，通過化學(xué)氣相沉積法在頂柵絕緣層306上沉積氧化硅，以形成覆蓋頂柵圖案層307的保護(hù)層308。

s37：開設(shè)貫穿保護(hù)層308及頂柵絕緣層306且連通源極圖案層304或漏極圖案層305的過孔3081。

具體地，通過光阻涂布、曝光、顯影及剝離的光刻工藝在保護(hù)層308及頂柵絕緣層306中蝕刻出與源極圖案層304或漏極圖案層305連通的過孔3081。

參閱圖2，本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管第一實(shí)施例包括依次形成于基板上101的底柵圖案層102及底柵絕緣層103、形成于基板101上方的隔離層104、形成于基板101上方的有源層105、與有源層105接觸的源極圖案層106及漏極圖案層107、覆蓋源極圖案層106、漏極圖案層107及有源層105的保護(hù)層108。

其中，隔離層104形成于底柵絕緣層103上，有源層105形成于隔離層104上且包括黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)。

本實(shí)施例中各層結(jié)構(gòu)采用上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第一實(shí)施例中相對(duì)應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

參閱圖6，本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管第二實(shí)施例進(jìn)一步包括頂柵絕緣層209及頂柵圖案層210，本實(shí)施例中其他結(jié)構(gòu)與上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管第一實(shí)施例相同，在此不再贅述。

其中，頂柵絕緣層209覆蓋源極圖案層206、漏極圖案層207及有源層205，頂柵圖案層210形成于底柵絕緣層209上。

本實(shí)施例中各層結(jié)構(gòu)采用上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第二實(shí)施例中相對(duì)應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

參閱圖8，本發(fā)明提供的場(chǎng)效應(yīng)晶體管第三實(shí)施例包括：在基板301上方的隔離層302及有源層303、與有源層303接觸的源極圖案層304及漏極圖案層305、覆蓋源極圖案層304、漏極圖案層305及有源層303的頂柵絕緣層306、形成于頂柵絕緣層306上的頂柵圖案層307、覆蓋頂柵絕緣層306及頂柵圖案層的保護(hù)層308。

本實(shí)施例中各層結(jié)構(gòu)采用上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法第三實(shí)施例中相對(duì)應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過含有黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)的溶液在基板的上方形成有源層；形成與有源層接觸的源極圖案層和漏極圖案層的方法，提供多種場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)且使用溶液法以黑磷納米片或黑磷量子點(diǎn)為材料制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的有源層，制程簡(jiǎn)單降低生產(chǎn)成本，豐富了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備材料，減少了環(huán)境的污染及對(duì)金屬元素的依賴性，同時(shí)采用石墨烯或碳納米等碳材料制備源、漏極與頂柵圖案層，可與黑磷有源層形成有效的歐姆接觸，降低接觸電阻。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。