專(zhuān)利名稱(chēng)：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。
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(guò)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(guò)絕緣層間隔設(shè)置的半導(dǎo)體層中會(huì)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(píng)等人(請(qǐng)參見(jiàn)顏黃蘋(píng)等，MOS場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管，S卩，MOS場(chǎng)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(guò)壓力調(diào)控。顏黃蘋(píng)等人提出的壓力調(diào)控MOS場(chǎng)效應(yīng)管中，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，而且柵極需要用兩個(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(guò)程需要生長(zhǎng)Si3N4,制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)率低、成本高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備工藝簡(jiǎn)單且靈敏度較高的壓力調(diào)控薄膜晶體管。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(guò)一絕緣層與所述半導(dǎo)體層、源極及漏極絕緣設(shè)置；其中，所述絕緣層為一高分子材料層，該高分子材料層的彈性模量為O. I兆帕至10兆帕，在所述絕緣層上施加一垂直于所述絕緣層的壓力，該壓力導(dǎo)致所述絕緣層的厚度發(fā)生變化，所述柵極電容與該厚度成反比，所述源極和漏極之間的電流與該柵極電容成正比。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、在所述絕緣層上施加一垂直于所述絕緣層的壓力，調(diào)節(jié)該壓力，所述絕緣層的厚度發(fā)生變化，致使所述柵極電容隨之變化，所述源極和漏極之間的電流也隨之變化。一種壓力感應(yīng)裝置，其包括一壓力產(chǎn)生單元、一壓力感應(yīng)單元以及一感應(yīng)結(jié)果表示單元，所述壓力感應(yīng)單元包括一上述壓力調(diào)控薄膜晶體管，所述壓力產(chǎn)生單元與所述壓力感應(yīng)單元連接并使所產(chǎn)生的壓力垂直作用于所述壓力調(diào)控薄膜晶體管中絕緣層上，所述感應(yīng)結(jié)果表示單元與所述壓力感應(yīng)單元連接，用以收集所述壓力感應(yīng)單元因受到壓力而產(chǎn)生的電流變化并轉(zhuǎn)化為可觀(guān)的信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管及其應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)其一、制備過(guò)程中無(wú)需生長(zhǎng)Si3N4，制備工藝簡(jiǎn)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(jiǎn)單，生產(chǎn)率高，并且功能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)；其三、具有較高的靈敏度。


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)控薄膜晶體管中碳納米管薄膜的掃描電鏡照片。 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電流隨壓力變化的趨勢(shì)圖。圖5為本發(fā)明第一具體實(shí)施例提供的壓力調(diào)控薄膜晶體管的制備方法的工藝流程圖。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應(yīng)裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
權(quán)利要求
1.一種壓力調(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(guò)一絕緣層與所述半導(dǎo)體層、源極及漏極絕緣設(shè)置；其中，所述絕緣層為一高分子材料層，該高分子材料層的彈性模量為O. I兆帕至10兆帕，在所述絕緣層上施加一垂直于所述絕緣層的壓力，該壓力導(dǎo)致所述絕緣層的厚度發(fā)生變化，所述柵極電容與該厚度成反比，所述源極和漏極之間的電流與該柵極電容成正比。
2.如權(quán)利要求I所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層的厚度與所述柵極的電容Cox的關(guān)系滿(mǎn)足公式
3.如權(quán)利要求I所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述高分子材料層是由熔融態(tài)聞分子材料或聞分子材料溶液干燥后形成。
4.如權(quán)利要求3所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述高分子材料為聚二甲基娃氧燒。
5.如權(quán)利要求I所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層的厚度為I納米至10微米。
6.如權(quán)利要求I所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層的厚度為50納米至I微米。
7.如權(quán)利要求I所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層的厚度為500納米。
8.如權(quán)利要求I所述的壓力調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述絕緣層采用直接粘附、涂覆、使用膠粘劑的方式與所述半導(dǎo)體層結(jié)合。
9.如權(quán)利要求I所述的壓力調(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?gòu)?fù)合層或其任意組合中的一種；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?gòu)?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?gòu)?fù)合層或其任意組合中的一種。
10.如權(quán)利要求9所述的壓力調(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。
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，所述半導(dǎo)體層的材料為非晶硅、多晶硅、有機(jī)半導(dǎo)體聚合物或碳納米管。
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，所述半導(dǎo)體層為一半導(dǎo)體性碳納米管層。
13.如權(quán)利要求12所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管，其特征在于，所述半導(dǎo)體性碳納米管層包括一個(gè)半導(dǎo)體性碳納米管薄膜，或多個(gè)重疊設(shè)置的半導(dǎo)體性碳納米管薄膜。
14.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。
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，所述源極及漏極間隔設(shè)置于所述半導(dǎo)體層的表面。
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(guò)該絕緣層與源極、漏極及半導(dǎo)體層電絕緣。
17.如權(quán)利要求16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(duì)應(yīng)該溝道區(qū)域設(shè)置于所述絕緣層的表面。
18.如權(quán)利要求16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。
19.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(guò)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(guò)該絕緣層與柵極電絕緣。
20.如權(quán)利要求19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(duì)應(yīng)該溝道區(qū)域設(shè)置于所述柵極的表面。
21.如權(quán)利要求19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)，該壓力垂直作用于半導(dǎo)體層。
22.如權(quán)利要求16或19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。
23.如權(quán)利要求16或19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。
24.如權(quán)利要求16或19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。
25.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24項(xiàng)中任ー項(xiàng)所述的壓カ調(diào)控薄膜晶體管； 步驟ニ、在所述絕緣層上施加一垂直于所述絕緣層的壓力，調(diào)節(jié)該壓力，所述絕緣層的厚度發(fā)生變化，致使所述柵極電容隨之變化，所述源極和漏極之間的電流也隨之變化。
26.ー種壓カ感應(yīng)裝置，其包括一壓カ產(chǎn)生単元、ー壓カ感應(yīng)單元以及ー感應(yīng)結(jié)果表示単元，其特征在于，所述壓カ感應(yīng)單元包括一如權(quán)利要求I至24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應(yīng)單元連接并使所產(chǎn)生的壓カ垂直作用于所述壓カ調(diào)控薄膜晶體管中絕緣層上，所述感應(yīng)結(jié)果表示單元與所述壓カ感應(yīng)單元連接，用以收集所述壓カ感應(yīng)單元因受到壓力而產(chǎn)生的電流變化并轉(zhuǎn)化為可觀(guān)的信號(hào)。
27.如權(quán)利要求26所述的壓カ感應(yīng)裝置，其特征在干，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應(yīng)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(guò)該受壓部使壓カ垂直作用于所述絕緣層。
28.如權(quán)利要求26所述的壓カ感應(yīng)裝置，其特征在于，所述壓カ產(chǎn)生單元可以是來(lái)自于固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)或熔融態(tài)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(guò)一絕緣層與所述半導(dǎo)體層、源極及漏極絕緣設(shè)置；其中，所述絕緣層為一高分子材料層，該高分子材料層的彈性模量為0.1兆帕至10兆帕，在所述絕緣層上施加一垂直于所述絕緣層的壓力，該壓力導(dǎo)致所述絕緣層的厚度發(fā)生變化，所述柵極電容與該厚度成反比，所述源極和漏極之間的電流與該柵極電容成正比。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(hào)H01L29/51GK102856395SQ20111018162
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)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(zhǎng)洪, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司