專利名稱：壓力調(diào)控薄膜晶體管及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力調(diào)控薄膜晶體管及其應(yīng)用，尤其涉及一種基于碳納米管復(fù)合材料的壓力調(diào)控薄膜晶體管及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(Thin Film Transistor, TFT)是現(xiàn)代微電子技術(shù)中的一種關(guān)鍵性電子元件，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于平板顯示器等領(lǐng)域。薄膜晶體管主要包括基板，以及設(shè)置在基板上的柵極、絕緣層、半導(dǎo)體層、源極和漏極。其中，柵極通過絕緣層與半導(dǎo)體層間隔設(shè)置，源極和漏極間隔設(shè)置并與半導(dǎo)體層電連接。薄膜晶體管中的柵極、源極、漏極均為導(dǎo)電材料構(gòu)成，該導(dǎo)電材料一般為金屬或合金。當(dāng)在柵極上施加電壓時(shí)，與柵極通過絕緣層間隔設(shè)置的半導(dǎo)體層中會積累載流子，當(dāng)載流子積累到一定程度，與半導(dǎo)體層電連接的源極和漏極之間將導(dǎo)通，從而有電流從源極流向漏極。然而，上述薄膜晶體管的各項(xiàng)參數(shù)(如源極 與漏極之間的電流、柵極電容等)為固定值，具有參數(shù)不可調(diào)控的缺點(diǎn)，限制了其的廣泛應(yīng)用。顏黃蘋等人(請參見顏黃蘋等，MOS場效應(yīng)管壓力微傳感器.傳感器技術(shù)，20 (5)，2001)提出了壓力調(diào)控的MOS場效應(yīng)管，S卩，MOS場效應(yīng)管的參數(shù)(如源極與漏極之間的電流、柵極電容等)可通過壓力調(diào)控。但是，顏黃蘋等人提出的壓力調(diào)控MOS場效應(yīng)管中，源極與漏極之間的電流并不能被關(guān)斷。而且，顏黃蘋等人將柵極與氧化層分離形成的空氣膜和氧化層作為兩層絕緣層，進(jìn)一步地，所述柵極需要用兩個(gè)PECVD制作的Si3N4的小型薄膜絕緣層(化學(xué)薄膜)夾住，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且在制備過程需要生長Si3N4,制備工藝復(fù)雜且成本聞。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制備工藝簡單且成本低的壓力調(diào)控薄膜晶體管及其應(yīng)用。一種壓力調(diào)控薄膜晶體管，其包括一源極；一與該源極間隔設(shè)置的漏極；一半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層與所述源極和漏極電連接；以及一柵極，該柵極通過一絕緣層與所述半導(dǎo)體層、源極及漏極絕緣設(shè)置；其中，所述半導(dǎo)體層為一有機(jī)復(fù)合材料層，該有機(jī)復(fù)合材料層包括一高分子基底以及分散在所述高分子基底中的多個(gè)碳納米管，所述高分子基底的彈性模量為0. I兆帕至10兆帕，在所述半導(dǎo)體層上施加一垂直于所述半導(dǎo)體層的壓力，該壓力導(dǎo)致所述半導(dǎo)體層的帶隙發(fā)生變化，從而使所述壓力調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比發(fā)生變化。一種壓力調(diào)控薄膜晶體管的使用方法，其包括以下步驟步驟一、提供一壓力調(diào)控薄膜晶體管；步驟二、在所述半導(dǎo)體層上施加一垂直于所述半導(dǎo)體層的壓力，調(diào)節(jié)該壓力，所述半導(dǎo)體層的帶隙發(fā)生變化，從而使所述壓力調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比發(fā)生變化。一種壓力感測裝置，其包括一壓力產(chǎn)生單元、一壓力感測單元以及一感測結(jié)果表示單元，所述壓力感測單元包括一壓力調(diào)控薄膜晶體管，所述壓力產(chǎn)生單元與所述壓力感測單元連接并使所產(chǎn)生的壓力垂直作用于所述壓力調(diào)控薄膜晶體管中半導(dǎo)體層上，所述感測結(jié)果表示單元與所述壓力感測單元連接，用以收集所述壓力感測單元因受到壓力而產(chǎn)生的電流變化并轉(zhuǎn)化為可觀的信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管具有以下優(yōu)點(diǎn)其一、制備過程中無需生長Si3N4，制備工藝簡單，成本低，適于大規(guī)模生產(chǎn)；其二、絕緣層的結(jié)構(gòu)和材料比較單一，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、簡單，生產(chǎn)率高，并且功能穩(wěn)定，使用壽命長；其三、通過壓力調(diào)控，半導(dǎo)體層的帶隙發(fā)生變化，當(dāng)半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為正，以及半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為負(fù)時(shí)，源極與漏極之間的電流可以被關(guān)斷。


圖I為本發(fā)明第一具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管中半導(dǎo)體層的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明第一具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管工作時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明第一具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管中源極和漏極之間的電流隨壓力變化的趨勢圖。圖5為本發(fā)明第二具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第二具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管中半導(dǎo)體層的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明第三具體實(shí)施例提供的應(yīng)用壓力調(diào)控薄膜晶體管的壓力感測裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號說明
百^控薄膜晶體管 |10，20
絕緣基板_110,210
軍導(dǎo)體層T￥，240
磯、子基底142，2石_
羅納米管TIT，244
系緣層TW，230
M極T^T，251
S 極&，252
著極石3~，220
溝道區(qū)域_ 156，256 "
I 棻層160 —
―通道T70
麗172
流動方向f
ffi力方向IlI
如下具體實(shí)施方式
將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。具體實(shí)施例一請一并參見圖I和圖2，本發(fā)明具體實(shí)施例一提供一種壓力調(diào)控薄膜晶體管10，該壓力調(diào)控薄膜晶體管10為頂柵型，其包括一柵極120、一絕緣層130、一半導(dǎo)體層140、一源極151以及一漏極152，并且，該壓力調(diào)控薄膜晶體管10設(shè)置于一絕緣基板110上，所述半導(dǎo)體層140為一有機(jī)復(fù)合材料層，該有機(jī)復(fù)合材料層包括一高分子基底142以及分散在所述高分子基底142中的多個(gè)碳納米管144，所述高分子基底142的彈性模量為0. I兆帕至10兆帕。所述半導(dǎo)體層140設(shè)置于絕緣基板110表面；源極151及漏極152間隔設(shè)置于半導(dǎo)體層140表面并與該半導(dǎo)體層140電連接，且位于源極151及漏極152之間的半導(dǎo)體層形成一溝道區(qū)域156 ;絕緣層130設(shè)置于半導(dǎo)體層140表面；柵極120設(shè)置于絕緣層130表面，并通過該絕緣層130與源極151、漏極152及半導(dǎo)體層140電絕緣，且絕緣層130設(shè)置于柵極120與半導(dǎo)體層140之間。優(yōu)選地，柵極120可以對應(yīng)溝道區(qū)域156設(shè)置于所述絕緣層130表面?？梢岳斫?，所述源極151及漏極152可以間隔設(shè)置于該半導(dǎo)體層140的上表面位 于絕緣層130與半導(dǎo)體層140之間，此時(shí)，源極151、漏極152與柵極120設(shè)置于半導(dǎo)體層140的同一面，形成一共面型壓力調(diào)控薄膜晶體管?；蛘?，所述源極151及漏極152可以間隔設(shè)置于該半導(dǎo)體層140的下表面，位于絕緣基板110與半導(dǎo)體層140之間，此時(shí)，源極151、漏極152與柵極120設(shè)置于半導(dǎo)體層140的不同面，半導(dǎo)體層140設(shè)置于源極151、漏極152與柵極120之間，形成一交錯型壓力調(diào)控薄膜晶體管?？梢岳斫猓鶕?jù)具體的形成工藝不同，所述絕緣層130不必完全覆蓋所述源極151、漏極152及半導(dǎo)體層140，只要能確保半導(dǎo)體層140與相對設(shè)置的柵極120，以及柵極120與源極151、漏極152均絕緣即可。如，當(dāng)所述源極151及漏極152設(shè)置于半導(dǎo)體層140上表面時(shí)，所述絕緣層130可僅設(shè)置于源極151及漏極152之間，只覆蓋于半導(dǎo)體層140之上。所述絕緣基板110起支撐作用，且絕緣基板110材料不限，可選擇為硅、石英、玻璃、陶瓷、金剛石等無機(jī)材料或塑料、樹脂等高分子材料。本實(shí)施例中，所述絕緣基板110的材料為硅。所述絕緣基板110用于對壓力調(diào)控薄膜晶體管10提供支撐，且多個(gè)壓力調(diào)控薄膜晶體管10可按照預(yù)定規(guī)律或圖形集成于同一絕緣基板110上，形成壓力調(diào)控薄膜晶體管面板，或其它壓力調(diào)控薄膜晶體管半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體層140為一有機(jī)復(fù)合材料層，該有機(jī)復(fù)合材料層包括高分子基底142以及均勻分散在所述高分子基底142中的多個(gè)碳納米管144，所述高分子基底的彈性模量為0. I兆帕至10兆帕。故，該有機(jī)復(fù)合材料層具有很好的彈性，即，所述半導(dǎo)體層140具有很好的彈性。所述高分子基底142可以為聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、聚丙烯酸酯、聚酯、丁苯橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。本實(shí)施例中，所述高分子基底142為聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷的彈性模量為500千帕。所述碳納米管144為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。當(dāng)所述碳納米管144為單壁碳納米管時(shí)，其直徑為0. 5納米至50納米；當(dāng)所述碳納米管144為雙壁碳納米管時(shí)，其直徑為I納米至50納米；當(dāng)所述碳納米管144為多壁碳納米管時(shí)，其直徑為I納米至200納米。優(yōu)選地，所述碳納米管144為半導(dǎo)體性碳納米管。所述半導(dǎo)體層140的長度為I微米至100微米，寬度為I微米至I毫米，厚度為0. 5納米至100微米。所述溝道區(qū)域156的長度為I微米至100微米，寬度為I微米至I毫米。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體層140的長度為50微米，寬度為300微米，厚度為I微米。所述溝道區(qū)域156的長度為40微米，寬度為300微米。所述有機(jī)復(fù)合材料層為半導(dǎo)體性。所述有機(jī)復(fù)合材料層中，碳納米管144占該有機(jī)復(fù)合材料層的質(zhì)量百分含量為0. 1%至1%，本實(shí)施例中，所述碳納米管144占該有機(jī)復(fù)合材料層的質(zhì)量百分比含量為0. 5%o所述源極151、漏極152及柵極120為一導(dǎo)電薄膜，該導(dǎo)電薄膜的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(IT0)、銻錫氧化物(AT0)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其任意組合中的一種。具體地，所述柵極的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(IT0)、銻錫氧化物(AT0)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其任意組合中的一種；所述源極的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(IT0)、銻錫氧化物(AT0)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其任意組合中的一種；所述漏極的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(IT0)、銻錫氧化物(AT0)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其 任意組合中的一種。所述金屬或合金材料可以為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金，具體地，所述柵極的材料可以為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金；所述源極的材料可以為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金；所述漏極的材料可以為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金。本實(shí)施例中，所述源極151、漏極152及柵極120的材料為金屬鈀膜，厚度為5納米。一般地，該源極151及漏極152的厚度為0. 5納米至100微米，源極151至漏極152之間的距離為I微米至100微米。絕緣層130的材料可以為氮化硅、氧化硅等無機(jī)材料或苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等高分子材料。根據(jù)絕緣層130的材料種類的不同，可以采用不同方法形成該絕緣層130。具體地，當(dāng)該絕緣層130的材料為氮化硅或氧化硅時(shí)，可以通過沉積的方法形成絕緣層130。當(dāng)該絕緣層130的材料為苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂時(shí)，可以通過印刷涂附的方法形成絕緣層130。根據(jù)具體的形成工藝不同，該絕緣層130不必完全覆蓋上述源極151、漏極152及半導(dǎo)體層140，只要能保證半導(dǎo)體層140、源極151和漏極152與相對設(shè)置的柵極120絕緣即可。絕緣層130的厚度為0. I納米至10微米，優(yōu)選地，絕緣層130的厚度為50納米至I微米，本實(shí)施例中，絕緣層130的厚度為500納米。請參見圖3，本實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10在使用時(shí)，在柵極120上施加一電壓Vg，將源極151接地，并在漏極152上施加一電壓Vds，柵極電壓Vg在半導(dǎo)體層140的溝道區(qū)域156中產(chǎn)生電場，并在溝道區(qū)域156表面處產(chǎn)生載流子。當(dāng)Vg達(dá)到源極151和漏極152之間的開啟電壓時(shí)，源極151與漏極152之間的溝道區(qū)域156導(dǎo)通，從而會在源極151和漏極152之間產(chǎn)生電流，電流由源極151通過溝道區(qū)域156流向漏極152，從而使得該壓力調(diào)控薄膜晶體管10處于開啟狀態(tài)。當(dāng)壓力調(diào)控薄膜晶體管10處于開啟狀態(tài)并且未受外界壓力時(shí)，半導(dǎo)體層140實(shí)際上具有很好的導(dǎo)電性，半導(dǎo)體層140的半導(dǎo)體性能很差。當(dāng)壓力調(diào)控薄膜晶體管10處于開啟狀態(tài)時(shí)，在所述柵極120上施加一垂直于所述柵極120的壓力時(shí)，該壓力會同樣垂直作用于所述半導(dǎo)體層140上，所述半導(dǎo)體層140是由高分子基底142和分散于該彈性高分子中的碳納米管144組成，因而所述半導(dǎo)體層140具有很好的彈性。當(dāng)半導(dǎo)體層140的表面均勻受到一壓力時(shí)，半導(dǎo)體層140發(fā)生形變致使半導(dǎo)體層140中的碳納米管144發(fā)生形變，從而使得碳納米管144的帶隙增大，進(jìn)一步使得半導(dǎo)體層140的帶隙增大，即，半導(dǎo)體層140的半導(dǎo)體性能增大，從而使壓力調(diào)控薄膜晶體管10的開關(guān)比逐漸增大。若半導(dǎo)體層140為P型半導(dǎo)體，當(dāng)柵極電壓為正時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids可以被關(guān)斷；當(dāng)柵極電壓為負(fù)時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids不能被關(guān)斷，源極151和漏極152之間仍有電流Ids通過；若半導(dǎo)體層140為N型半導(dǎo)體，當(dāng)柵極電壓為負(fù)時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids可以被關(guān)斷；當(dāng)柵極電壓為正時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids不能被關(guān)斷，源極151和漏極152之間仍有電流Ids通過。所述半導(dǎo)體層140為P型半導(dǎo)體是指高分子基底142中的碳納米管144沒有進(jìn)行過處理，沒有經(jīng)過處理的碳納米管144由于氧氣吸附的原因而呈現(xiàn)P型，致使所述半導(dǎo)體層140為P型半導(dǎo)體。所述半導(dǎo)體層140為N型半導(dǎo)體是指高分子基底142中的碳納米管144經(jīng)過化學(xué)摻雜等處理而呈現(xiàn)N型，致使所述半導(dǎo)體層140為N型半導(dǎo)體。本實(shí)施例中，先將碳納米管144在聚乙烯亞胺(PEI)溶液中浸泡，然后取出該碳納米管144并分散于高分子基底142中而形成N型半導(dǎo)體層140?？梢岳斫猓?dāng)不存在外界壓力時(shí)，壓力調(diào)控薄膜晶體管10中源極151和漏極152之間的溝道區(qū)域156中有較大電流通過。當(dāng)在半導(dǎo)體層140上施加一外界壓力時(shí)，隨著該壓力的逐漸增大，半導(dǎo)體層140中碳納米管144的形變量逐漸增大，所述碳納米管144的帶 隙逐漸增大，半導(dǎo)體層140的帶隙逐漸增大，壓力調(diào)控薄膜晶體管10的開關(guān)比逐漸增大，此時(shí)，當(dāng)半導(dǎo)體層140為P型半導(dǎo)體，柵極電壓為正時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids可以被關(guān)斷；當(dāng)半導(dǎo)體層140為N型半導(dǎo)體，柵極電壓為負(fù)時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids可以被關(guān)斷。即，當(dāng)半導(dǎo)體層140為P型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為正，以及半導(dǎo)體層140為N型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為負(fù)時(shí)，可通過調(diào)控壓力使壓力調(diào)控薄膜晶體管中源極151和漏極152之間的電流Ids關(guān)斷，從而使壓力調(diào)控薄膜晶體管10可更加廣泛地應(yīng)用于電子領(lǐng)域。請一并參見圖4，圖4為壓力調(diào)控薄膜晶體管10中，半導(dǎo)體層140為P型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為正，或者半導(dǎo)體層140為N型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為負(fù)時(shí)，源極151和漏極152之間的電流Ids隨壓力變化的趨勢圖。從圖4可以看出，壓力調(diào)控薄膜晶體管10在進(jìn)行壓力調(diào)控時(shí)，隨著所施加壓力的增大，源極151和漏極152之間的電流Ids逐漸減小直至變?yōu)榱?，所述壓力為IO5帕至IO7帕。具體實(shí)施例二
請一并參見圖5和圖6，本發(fā)明具體實(shí)施例二提供一種壓力調(diào)控薄膜晶體管20，該壓力調(diào)控薄膜晶體管20為底柵型，該壓力調(diào)控薄膜晶體管20包括一柵極220、一絕緣層230、一半導(dǎo)體層240、一源極251及一漏極252，并且，該壓力調(diào)控薄膜晶體管20設(shè)置于一絕緣基板210表面，所述半導(dǎo)體層240包括一高分子基底242以及分散在所述高分子基底242中的多個(gè)碳納米管244。本發(fā)明具體實(shí)施例二提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管20的結(jié)構(gòu)與具體實(shí)施例一提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10基本相同，其區(qū)別在于(I)具體實(shí)施例一提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10為頂柵型，具體實(shí)施例二提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管20為底柵型；(2)具體實(shí)施例一提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10在進(jìn)行壓力調(diào)控時(shí)，在柵極120上施加一垂直作用于柵極120的壓力，該壓力同樣垂直作用于半導(dǎo)體層140，具體實(shí)施例二提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管20在進(jìn)行壓力調(diào)控時(shí)，直接在半導(dǎo)體層240上施加一垂直作用于半導(dǎo)體層240的壓力。所述柵極220設(shè)置于該絕緣基板210表面，所述絕緣層230設(shè)置于柵極220表面，所述半導(dǎo)體層240設(shè)置于該絕緣層230表面，所述絕緣層230設(shè)置于柵極220與半導(dǎo)體層240之間；所述源極251、漏極252間隔設(shè)置于該半導(dǎo)體層240表面，并通過該半導(dǎo)體層240電連接；所述半導(dǎo)體層240位于所述源極251和漏極252之間的區(qū)域形成一溝道區(qū)域256。優(yōu)選地，該柵極220可以與源極251、漏極252之間的溝道區(qū)域256對應(yīng)設(shè)置于絕緣基板210表面，且該柵極220通過該絕緣層230與源極251、漏極252及半導(dǎo)體層240電絕緣。本技術(shù)方案具體實(shí)施例二提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管20中，柵極220、源極251、漏極252及絕緣層230的材料與具體實(shí)施例一中壓力調(diào)控薄膜晶體管10的柵極120、源極151、漏極152及絕緣層130的材料相同。具體實(shí)施例二提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管20中，溝道區(qū)域256、半導(dǎo)體層240的形狀、面積與具體實(shí)施例一中壓力調(diào)控薄膜晶體管10的溝道區(qū)域156、半導(dǎo)體層240的形狀、面積相同。所述源極251及漏極252可以設(shè)置于該半導(dǎo)體層240上表面,此時(shí),源極251、漏極 252與柵極220設(shè)置于半導(dǎo)體層240的不同面，半導(dǎo)體層240設(shè)置于源極251、漏極252與柵極220之間，形成一逆交錯結(jié)構(gòu)的壓力調(diào)控薄膜晶體管?；蛘?，所述源極251及漏極252也可以設(shè)置于該半導(dǎo)體層240下表面與絕緣層230之間，此時(shí)，源極251、漏極252與柵極220設(shè)置于半導(dǎo)體層240的同一面，形成一逆共面結(jié)構(gòu)的壓力調(diào)控薄膜晶體管。具體實(shí)施例三
本發(fā)明具體實(shí)施例三提供一應(yīng)用具體實(shí)施例一提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10或具體實(shí)施例二提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管20的壓力感測裝置。該壓力感測裝置包括一壓力產(chǎn)生單元、一壓力感測單元以及一感測結(jié)果表示單元，所述壓力感測單元包括一壓力調(diào)控薄膜晶體管10或壓力調(diào)控薄膜晶體管20，所述壓力產(chǎn)生單元與所述壓力感測單元連接并使所產(chǎn)生的壓力垂直作用于所述壓力調(diào)控薄膜晶體管10或壓力調(diào)控薄膜晶體管20中半導(dǎo)體層140上，所述感測結(jié)果表示單元與所述壓力感測單元連接，用以收集所述壓力感測單元因受到壓力而產(chǎn)生的電流變化并轉(zhuǎn)化為可觀的信號?？蛇x擇地，該壓力調(diào)控薄膜晶體管10或壓力調(diào)控薄膜晶體管20具有一受壓部，所述壓力產(chǎn)生單元與所述壓力感測單元連接并使所產(chǎn)生的壓力垂直作用于該受壓部，進(jìn)而通過該受壓部使壓力垂直作用于所述半導(dǎo)體層140。所述壓力產(chǎn)生單元可以是來自于固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)或熔融態(tài)等各種形態(tài)物體所形成的壓力，固態(tài)物體所形成的壓力，比如，手指的按壓、重物的按壓、重物本身的重量等；氣態(tài)物體所形成的壓力，比如，氣態(tài)環(huán)境的壓力變化等；液態(tài)物體所形成的壓力，比如，流體流動所形成的壓力等；熔融態(tài)物體所形成壓力，比如，熔融態(tài)金屬的重量所形成的壓力等。下面僅以利用液態(tài)所形成的壓力來調(diào)控薄膜晶體管為例，具體說明壓力感測裝置的使用，其它利用固態(tài)、氣態(tài)、熔融態(tài)等物體所形成的壓力來調(diào)控薄膜晶體管與之類似，這里不再贅述。請參見圖7，圖7是一應(yīng)用具體實(shí)施例一提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10的壓力感測裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。該壓力感測裝置中的壓力來自于流體所形成的壓力。該壓力感測裝置由具體實(shí)施例一提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管10、封裝層160、通道170及通過通道170的流體172組成，所述壓力調(diào)控薄膜晶體管10設(shè)置于通道170的外側(cè)壁上，所述封裝層160設(shè)置于壓力調(diào)控薄膜晶體管10中柵極120與通道170外側(cè)壁之間。I為流體172的流動方向，II為流體172的壓力方向。所述通道170的材料不限，可以為高分子材料或金屬等，比如，聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、鋼等，只要可以使流體172通過的材料都可以制作為通道170。所述封裝層160為一可選擇部分，所述封裝層160可以確保所述柵極120與所述通道170之間電絕緣。所述封裝層160的材料為柔性絕緣材料，如樹脂或絕緣塑料等。本實(shí)施例中，所述封裝層160的厚度為200納米，材料為絕緣塑料。由于源極151和漏極152之間電流Ids與流體172的壓力有關(guān)，因此通過源極151和漏極152之間電流Ids可以知道所施加的壓力的大小。而壓力與流體172的流速V的關(guān)系如下
權(quán)利要求
1.ー種壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其包括一源極；一與該源極間隔設(shè)置的漏極；一半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層與所述源極和漏極電連接；以及ー柵極，該柵極通過一絕緣層與所述半導(dǎo)體層、源極及漏極絕緣設(shè)置；其特征在于，所述半導(dǎo)體層為一有機(jī)復(fù)合材料層，該有機(jī)復(fù)合材料層包括一高分子基底以及分散在所述高分子基底中的多個(gè)碳納米管，所述高分子基底的弾性模量為0. I兆帕至10兆帕，在所述半導(dǎo)體層上施加一垂直于所述半導(dǎo)體層的壓力，該壓カ導(dǎo)致所述半導(dǎo)體層的帶隙發(fā)生變化，從而使所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比發(fā)生變化。
2.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管在進(jìn)行壓力調(diào)控時(shí)，所述壓カ為IO5帕至IO7帕。
3.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述源極與漏極之間的電流與所述壓カ成反比。
4.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ導(dǎo)致所述半導(dǎo)體 層中的碳納米管發(fā)生形變，碳納米管的帶隙増大，半導(dǎo)體層的帶隙也増大，從而使壓カ調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比増大。
5.如權(quán)利要求4所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比増大，當(dāng)半導(dǎo)體層為P型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為正，以及半導(dǎo)體層為N型半導(dǎo)體同時(shí)柵極電壓為負(fù)時(shí)，所述源極與漏極之間的電流被關(guān)斷。
6.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述半導(dǎo)體層的長度為I微米至100微米，寬度為I微米至I毫米，厚度為0. 5納米至100微米。
7.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述碳納米管占所述有機(jī)復(fù)合材料的質(zhì)量百分比含量為0. 1%至1%。
8.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述高分子材料為聚ニ甲基娃氧燒。
9.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的ー種或多種。
10.如權(quán)利要求9所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述單壁碳納米管的直徑為0. 5納米至50納米，所述雙壁碳納米管的直徑為I納米至50納米，所述多壁碳納米管的直徑為I納米至200納米。
11.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述碳納米管為半導(dǎo)體性碳納米管。
12.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層的材料為氮化硅、氧化硅、苯并環(huán)丁烯、聚酯或丙烯酸樹脂。
13.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述柵極的材料為金屬、合金、銦錫氧化物、銻錫氧化物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其任意組合中的ー種；所述源極的材料為金屬、合金、銦錫氧化物、銻錫氧化物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其任意組合中的一種；所述漏極的材料為金屬、合金、銦錫氧化物、銻錫氧化物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物、金屬性碳納米管層以及碳納米管金屬復(fù)合層或其任意組合中的ー種。
14.如權(quán)利要求13所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述柵極的材料為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金；所述源極的材料為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金；所述漏極的材料為鋁、銅、鎢、鑰、金、銫、鈀或其任意組合的合金。
15.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層設(shè)置于柵極與半導(dǎo)體層之間。
16.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述源極及漏極間隔設(shè)置于所述半導(dǎo)體層的表面。
17.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管設(shè)置于ー絕緣基板的表面，其中，所述半導(dǎo)體層設(shè)置于該絕緣基板的表面，所述源極及漏極間隔設(shè)置于所述半導(dǎo)體層的表面，所述絕緣層設(shè)置于該半導(dǎo)體層的表面，所述柵極設(shè)置于絕緣層的表面，所述柵極通過該絕緣層與源極、漏極及半導(dǎo)體層電絕緣。
18.如權(quán)利要求17所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述源極及漏極之間的半導(dǎo)體層形成ー溝道區(qū)域，所述柵極對應(yīng)該溝道區(qū)域設(shè)置于所述絕緣層的表面。
19.如權(quán)利要求17所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管在進(jìn)行壓力調(diào)控時(shí)，該壓力垂直作用于柵扱。
20.如權(quán)利要求I所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管設(shè)置于ー絕緣基板的表面，其中，所述柵極設(shè)置于該絕緣基板的表面，所述絕緣層設(shè)置于該柵極的表面，所述半導(dǎo)體層設(shè)置于該絕緣層的表面，所述半導(dǎo)體層通過所述絕緣層與所述柵極電絕緣，所述源極和漏極間隔設(shè)置于該半導(dǎo)體層的表面，所述源極和漏極通過該絕緣層與柵極電絕緣。
21.如權(quán)利要求20所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述源極及漏極之間的半導(dǎo)體層形成ー溝道區(qū)域，所述絕緣層對應(yīng)該溝道區(qū)域設(shè)置于所述柵極的表面。
22.如權(quán)利要求20所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管在進(jìn)行壓カ調(diào)控吋，該壓カ垂直作用于半導(dǎo)體層。
23.如權(quán)利要求17或20所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣基板的材料為玻璃、陶瓷、金剛石、塑料。
24.如權(quán)利要求17或20所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述源極、漏極與柵極設(shè)置于半導(dǎo)體層的同一面。
25.如權(quán)利要求17或20所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述源極、漏極與柵極設(shè)置于所述半導(dǎo)體層的不同面，所述半導(dǎo)體層設(shè)置于所述源極、漏極與柵極之間。
26.ー種壓カ調(diào)控薄膜晶體管的使用方法，其包括以下步驟 步驟一、提供一如權(quán)利要求I至25項(xiàng)中任ー項(xiàng)所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管； 步驟ニ、在所述半導(dǎo)體層上施加一垂直于所述半導(dǎo)體層的壓力，調(diào)節(jié)該壓力，所述半導(dǎo)體層的帶隙發(fā)生變化，從而使所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比發(fā)生變化。
27.ー種壓カ感測裝置，其包括一壓カ產(chǎn)生単元、ー壓カ感測單元以及ー感測結(jié)果表示単元，其特征在于，所述壓カ感測單元包括一如權(quán)利要求I至25項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，所述壓カ產(chǎn)生單元與所述壓カ感測單元連接并使所產(chǎn)生的壓カ垂直作用于所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管中半導(dǎo)體層上，所述感測結(jié)果表示単元與所述壓カ感測單元連接，用以收集所述壓カ感測單元因受到壓力而產(chǎn)生的電流變化并轉(zhuǎn)化為可觀的信號。
28.如權(quán)利要求27所述的壓カ感測裝置，其特征在于，所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管具有ー受壓部，所述壓カ產(chǎn)生單元與所述壓カ感測單元連接并使所產(chǎn)生的壓カ垂直作用于該受壓部，進(jìn)而通過該受壓部使壓カ垂直作用于所述半導(dǎo)體層。
29.如權(quán)利要求27所述的壓カ感測裝置，其特征在于，所述壓カ產(chǎn)生單元可以是來自于固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)或熔融態(tài)的物體所形成的壓力。
全文摘要
一種壓力調(diào)控薄膜晶體管，其包括一源極；一與該源極間隔設(shè)置的漏極；一半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層與所述源極和漏極電連接；以及一柵極，該柵極通過一絕緣層與所述半導(dǎo)體層、源極及漏極絕緣設(shè)置；其中，所述半導(dǎo)體層為一有機(jī)復(fù)合材料層，該有機(jī)復(fù)合材料層包括一高分子基底以及分散在所述高分子基底中的多個(gè)碳納米管，所述高分子基底的彈性模量為0.1兆帕至10兆帕，在所述半導(dǎo)體層上施加一垂直于所述半導(dǎo)體層的壓力，該壓力導(dǎo)致所述半導(dǎo)體層的帶隙發(fā)生變化，從而使所述壓力調(diào)控薄膜晶體管的開關(guān)比發(fā)生變化。本發(fā)明還涉及一應(yīng)用該壓力調(diào)控薄膜晶體管的壓力感應(yīng)裝置。
文檔編號H01L51/40GK102856495SQ201110181458
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者胡春華, 劉長洪, 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司