本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，半導(dǎo)體集成電路對社會發(fā)展和國民經(jīng)濟所起的作用越來越大。而其中市場對光電高速器件的需求與日俱增，并對器件的性能不斷提出更高更細致的要求。為尋求突破，不管從工藝，材料還是結(jié)構(gòu)等方面的研究一直未有間斷。近年來，隨著可見光無線通訊技術(shù)以及電路耦合技術(shù)的崛起，市場對可見光波段的光電高空穴遷移率晶體管(High Hole Mobility Transistor,簡稱HHMT)提出了新的要求。

有機/無機鈣鈦礦(CH₃NH₃PbI₃)的橫空出世，又給研究帶來了新的視角。有機/無機鈣鈦礦中的有機基團和無機基團的有序結(jié)合，得到了長程有序的晶體結(jié)構(gòu)，并兼具了有機和無機材料的優(yōu)點。無機組分的高遷移率賦予了雜化鈣鈦礦良好的電學(xué)特性；有機組分的自組裝和成膜特性，使得雜化鈣鈦礦薄膜的制備工藝簡單而且低成本，也能夠在室溫下進行。雜化鈣鈦礦本身高的光吸收系數(shù)也是雜化鈣鈦礦能夠在光電材料中應(yīng)用的資本。

然后，當前CH₃NH₃PbI₃材料并未很成熟地應(yīng)用于HHET器件中，而且如何進一步提高光電轉(zhuǎn)換效率仍然是亟待解決的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT及其制備方法。

本發(fā)明的一個實施例提供了一種CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的制備方法，包括：

選取Al₂O₃襯底；

在所述Al₂O₃襯底下表面形成反光層；

在所述Al₂O₃襯底上表面制作源漏電極；

在所述源漏電極以及未被所述源漏電極覆蓋的所述Al₂O₃襯底上表面形成空穴傳輸層；

利用旋涂工藝，在所述空穴傳輸層表面旋涂CH₃NH₃PbI₃和PCBM混合材料形成光吸收層；

在所述光吸收層表面制作柵電極以最終形成所述反光增強型HHMT。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述Al₂O₃襯底下表面形成反光層，包括：

以Ag材料作為靶材，以Ar作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa，濺射功率為20～100W的條件下，利用磁控濺射工藝，在所述Al₂O₃襯底下表面濺射Ag材料形成所述反光層。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述Al₂O₃襯底上表面制作源漏電極，包括：

采用第一物理掩膜版，以Au材料作為靶材，以Ar作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa，濺射功率為20～100W的條件下，在所述Al₂O₃襯底上表面濺射Au材料形成所述源漏電極。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述源漏電極以及未被所述源漏電極覆蓋的所述Al₂O₃襯底上表面形成空穴傳輸層，包括：

按照一定體積比將鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和鈷鹽的乙腈溶液加入至Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，攪拌后形成Spiro-OMeTAD材料；

在包括所述源漏電極的整個襯底的上表面旋涂所述Spiro-OMeTAD材料形成所述空穴傳輸層。

在本發(fā)明的一個實施例中，利用旋涂工藝，在所述空穴傳輸層表面旋涂CH₃NH₃PbI₃和PCBM混合材料形成光吸收層，包括：

利用單一旋涂工藝，將CH₃NH₃PbI₃與PCBM的混合溶液旋涂在所述空穴傳輸層表面形成CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料；

利用退火工藝，對所述CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料進行退火處理形成所述光吸收層。

在本發(fā)明的一個實施例中，將CH₃NH₃PbI₃與PCBM的混合溶液旋涂在所述空穴傳輸層表面形成CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料，包括：

將PbI₂材料和CH₃NH₃I材料先后加入DMSO:GBL溶液中形成PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液；

將所述PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液加熱攪拌，并進行退火處理后形成CH₃NH₃PbI₃溶液；

將所述CH₃NH₃PbI₃溶液和PCBM溶液混合后旋涂在所述空穴傳輸層表面形成所述CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料。

在本發(fā)明的一個實施例中，在所述光吸收層表面制作柵電極，包括：

采用第二掩膜板，以Au材料作為靶材，以Ar氣體作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa，濺射功率為20～100W的條件下，在所述光吸收層表面濺射Au材料形成所述柵電極。

本發(fā)明的另一個實施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT，其中，所述增強型HHMT由上述實施例中任一所述的方法制備形成。

本發(fā)明實施例提供的增強型HHMT，具備如下優(yōu)點：

1、由于本發(fā)明的晶體管采用對稱的空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，克服了高空穴遷移率晶體管中電子空穴復(fù)合，光電轉(zhuǎn)換效率低的缺點。

2、由于本發(fā)明的晶體管采用襯底背面鍍反光層，把反射光也利用起來，增加了對光的利用率，能吸收更多的光生載流子，增強器件性能。

3、由于本發(fā)明的晶體管采用的空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，能傳輸更多的空穴，增強器件性能。

4、本發(fā)明的晶體管采用由CH3NH3PbI3向溝道提供大量的空穴，形成襯底鍍銀反射增強型HHMT高空穴遷移率晶體管，具有遷移率高，開關(guān)速度快，光吸收增強，光生載流子增多，傳輸特性增強，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點。

5、由于本發(fā)明的晶體管采用在光吸收層加入了PCBM材料形成了異質(zhì)結(jié)，能通過對孔洞和空位的填充改善光吸收層薄膜的質(zhì)量，從而產(chǎn)生更大的晶粒和更少的晶界，吸收更多的光產(chǎn)生光生載流子，增強器件性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的制備方法流程示意圖；

圖4a-圖4f為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的制備方法示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種第一物理掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種第二物理掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1及圖2，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的截面示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的俯視示意圖。本發(fā)明的增強型HHMT包括：Al₂O₃襯底1、反光層2、源漏電極3、空穴傳輸層4、光吸收層5、柵電極6。其中，Al₂O₃襯底1、反光層2、源漏電極3、空穴傳輸層4、光吸收層5、柵電極6依次形成多層結(jié)構(gòu)。

其中，反光層2可以采用銀材料；源漏電極3可以采用金材料；空穴傳輸層4可以采用Spiro-OMeTAD材料；所述光吸收層5可以采用CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料；所述柵電極6可以采用金材料。

PCBM材料是一個富勒烯衍生物，分子式是[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester。由于它的較好的溶解性，與常見的聚合物給體材料形成良好的相分離。本發(fā)明利用了這一特性，將其很巧妙的用于圖1所示的HHET器件中，能通過對孔洞和空位的填充改善光吸收層薄膜的質(zhì)量，從而產(chǎn)生更大的晶粒和更少的晶界，吸收更多的光產(chǎn)生光生載流子，增強器件性能。

需要說明的是：CH₃NH₃PbI₃材料因在近紅外和可見光范圍較高的響應(yīng)度而極適合與在可見光范圍的光電探測，其光電靈敏度高，并兼具較高的空穴遷移率以及有較好的導(dǎo)電性，是制備HHMT的理想材料。

請參見圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的制備方法流程示意圖。該方法包括如下步驟：

步驟1、選取Al₂O₃襯底；

步驟2、在所述Al₂O₃襯底下表面形成反光層；

步驟3、在所述Al₂O₃襯底上表面制作源漏電極；

步驟4、在所述源漏電極以及未被所述源漏電極覆蓋的所述Al₂O₃襯底上表面形成空穴傳輸層；

步驟5、利用旋涂工藝，在所述空穴傳輸層表面旋涂CH₃NH₃PbI₃和PCBM混合材料形成光吸收層；

步驟6、在所述光吸收層表面制作柵電極以最終形成所述反光增強型HHMT。

其中，步驟2可以包括：

以Ag材料作為靶材，以Ar作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa，濺射功率為20～100W的條件下，利用磁控濺射工藝，在所述Al₂O₃襯底下表面濺射Ag材料形成所述反光層。

步驟3可以包括：

采用第一物理掩膜版，以Au材料作為靶材，以Ar作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa，濺射功率為20～100W的條件下，在所述Al₂O₃襯底上表面濺射Au材料形成所述源漏電極。

步驟4可以包括：

按照一定體積比將鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和鈷鹽的乙腈溶液加入至Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，攪拌后形成Spiro-OMeTAD材料；

在包括所述源漏電極的整個襯底的上表面旋涂所述Spiro-OMeTAD材料形成所述空穴傳輸層。

步驟5可以包括：

步驟51、利用單一旋涂工藝，將CH₃NH₃PbI₃與PCBM的混合溶液旋涂在所述空穴傳輸層表面形成CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料；

步驟52、利用退火工藝，對所述CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料進行退火處理形成所述光吸收層。

其中，步驟51可以包括：

步驟511、將PbI₂材料和CH₃NH₃I材料先后加入DMSO:GBL溶液中形成PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液；

步驟512、將所述PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液加熱攪拌，并進行退火處理后形成CH₃NH₃PbI₃溶液；

步驟513、將所述CH₃NH₃PbI₃溶液和PCBM溶液混合后旋涂在所述空穴傳輸層表面形成所述CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料。

步驟6可以包括：

采用第二掩膜板，以Au材料作為靶材，以Ar氣體作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa，濺射功率為20～100W的條件下，在所述光吸收層表面濺射Au材料形成所述柵電極。

需要重點強調(diào)的是，反光層的形成并不限定于上述實施例中的執(zhí)行步驟，其可以在藍寶石襯底上表面的加工工藝完成后再進行制備，因此，本實施例中關(guān)于反光層的制備順序僅為示例，并以此為限。

本實施例，采用由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的空穴，在襯底下表面鍍銀形成反射增強型HHMT，具有遷移率高，開關(guān)速度快，光吸收以及光利用率增強，光生載流子增多，傳輸特性增強，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點。

另外，采用在光吸收層加入了PCBM材料形成了異質(zhì)結(jié)，能通過對孔洞和空位的填充改善光吸收層薄膜的質(zhì)量，從而產(chǎn)生更大的晶粒和更少的晶界，吸收更多的光產(chǎn)生光生載流子，增強器件性能。

實施例三

請一并參見圖4a-圖4f及圖5和圖6，圖4a-圖4f為本發(fā)明實施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的制備方法示意圖，圖5為本發(fā)明實施例提供的一種第一物理掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖6為本發(fā)明實施例提供的一種第二物理掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例在上述實施例的基礎(chǔ)上，對本發(fā)明的基于CH₃NH₃PbI₃/PCBM材料的襯底反光增強型HHMT的制備方法進行詳細說明如下：

步驟1：請參見圖4a，準備襯底藍寶石Al₂O₃，厚度為200μm～600μm。

襯底選用藍寶石Al₂O₃理由：由于其價格低廉，且絕緣性能好，有效的防止HHMT高空穴遷移率晶體管的縱向漏電。

步驟2：請參見圖4b，在藍寶石襯底背面磁控濺射柵電極銀材料形成反光層。

采用磁控濺射工藝在步驟1所得襯底背面磁控濺射柵電極銀材料，濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的銀，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20-30cm3/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W-100W的條件下，制備反光層銀鏡，電極厚度為100nm-300nm。

反光層可選用Al\Cu等金屬替代。

步驟3：請參見圖4c及圖5，使用第一物理掩膜版，在藍寶石襯底上磁控濺射源漏電極金材料。

濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的金，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4～1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20-30cm3/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W-100W的條件下，制備源漏電極金，電極厚度為100nm～300nm。

源漏電極可選用Al\Ti\Ni\Ag\Pt等金屬替代。其中Au\Ag\Pt化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；Al\Ti\Ni成本低。

步驟4：請參見圖4d，在步驟3所制備的源漏電極以及未被覆蓋的襯底上旋涂空穴傳輸層Spiro-OMeTAD材料。

配制濃度為72.3mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，加入520mg/mL鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和300mg/mL鈷鹽的乙腈溶液，三者體積比為10:17:11，常溫攪拌1h，即得到Spiro-OMeTAD溶液；將Spiro-OMeTAD溶液滴加到所準備的襯底和源漏電極上，然后進行旋涂，即得到Spiro-OMeTAD空穴傳輸層，傳輸層厚度為50-200nm。

步驟5：請參見圖4e，在空穴傳輸層上材料采用單一旋涂法制備光吸收層。

采用單一旋涂法在步驟4所得空穴傳輸層上旋涂CH₃NH₃PbI₃光吸收層，將654mg的PbI₂和217mg的CH₃NH₃I先后加入DMSO:GBL中，得到PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液；將PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液在80攝氏度下攪拌兩小時，得到攪拌后的溶液；將攪拌后的溶液在80攝氏度靜置1小時，得到CH₃NH₃PbI₃溶液；并按照CH₃NH₃PbI₃：PCBM＝100：1的比例溶液滴加到步驟4所得的Spiro-OMeTAD空穴傳輸層上，在100攝氏度下退火20分鐘，形成CH₃NH₃PbI₃/PCBM光吸收層，光吸收層厚度為200～300nm。

步驟6：請參見圖4f及圖6，使用第二物理掩膜版，在光吸收層CH₃NH₃PbI₃/PCBM上磁控濺射柵電極金材料。

采用磁控濺射工藝在步驟5所得光吸收層CH₃NH₃PbI₃/PCBM上磁控濺射柵電極金材料，濺射靶材選用質(zhì)量比純度>99.99％的金，以質(zhì)量百分比純度為99.999％的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對磁控濺射設(shè)備腔體進行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4-1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20～30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W-100W的條件下，制備柵電極金，電極厚度為100nm～300nm。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。