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材料的互補(bǔ)型HEMT及其制備方法。

背景技術(shù)：

高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor,簡(jiǎn)稱HEMT)是一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，又稱為調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Modulation Doped Field Effect Transistor, 簡(jiǎn)稱MODFET)、二維電子氣場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Two-Dimensional Electron Gas Field Effect Transistor,簡(jiǎn)稱 2-DEGFET)、選擇摻雜異質(zhì)結(jié)晶體管(Selectively Doped Heterojunction Transistor,簡(jiǎn)稱SDHT)等。由于HEMT是電壓控制器件，具備高的截止頻率f_T及最大頻率f_max，且短溝道效應(yīng)較小及噪聲性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于光電高速器件中。

隨著可見(jiàn)光無(wú)線通訊技術(shù)以及電路耦合技術(shù)的崛起，市場(chǎng)對(duì)可見(jiàn)光波段的光電HEMT提出了新的要求率進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的比較。因此如何制作對(duì)高性能的HEMT就變得極其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT及其制備方法。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的制備方法，包括：

選取襯底材料；

采用第一掩膜版在所述襯底材料表面生長(zhǎng)隔離槽；

采用第二掩膜版在所述襯底材料表面形成源漏電極；

采用第三掩膜版在所述隔離槽一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)電子傳輸層；

采用第四掩膜版在所述隔離槽另一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)空穴傳輸層；

采用第五掩膜版在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)CH₃NH₃PbI₃材料作為光吸收層；

采用第六掩膜版在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)形成柵電極材料，以完成所述基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的制備。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選取襯底材料，包括：

選取Al₂O₃材料作為所述襯底材料；或者

選取Si材料，并通過(guò)熱氧化工藝在所述Si材料表面形成SiO₂，以作為所述襯底材料。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第一掩膜版在所述襯底材料表面生長(zhǎng)隔離槽，包括：

采用所述第一掩膜版，利用磁控濺射工藝在所述襯底材料表面生長(zhǎng)SiO₂材料，形成所述隔離槽。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第二掩膜版在所述襯底材料表面形成源漏電極，包括：

采用所述第二掩膜版，利用磁控濺射工藝在所述襯底材料表面生長(zhǎng)金屬材料形成所述源漏電極，所述金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第三掩膜版在所述隔離槽一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)電子傳輸層，包括：

采用所述第三掩膜版，在氬氣和氧氣的氣體環(huán)境下，利用磁控濺射工藝在所述隔離槽一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)TiO₂材料，形成所述電子傳輸層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第四掩膜版在所述隔離槽另一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)空穴傳輸層，包括：

采用所述第四掩膜版，將Spiro-OMeTAD溶液滴加到在所述隔離槽另一側(cè)的所述襯底材料表面并進(jìn)行旋涂，形成所述空穴傳輸層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第五掩膜版在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)CH₃NH₃PbI₃材料作為光吸收層，包括：

將PbI₂和CH₃NH₂I先后加入DMSO:GBL中，形成得到PbI₂和CH₃NH₂I的混合溶液；

將PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液攪拌后靜置得到所述CH₃NH₃PbI₃溶液；

采用所述第五掩膜版，利用單一旋涂法在所述電子傳輸層和所述空穴傳輸層表面旋涂所述CH₃NH₃PbI₃材料，形成所述光吸收層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第六掩膜版在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)形成柵電極材料，包括：

采用所述第六掩膜版，在氬氣氣體環(huán)境下，利用磁控濺射工藝在所述光吸收層表面生長(zhǎng)金屬材料形成柵電極，所述金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT，其中，所述HEMT由上述實(shí)施例中任一所述的方法制備形成。

本發(fā)明實(shí)施例，首次提出了關(guān)于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT高電子遷移率晶體管的制備方法，由于該HEMT晶體管采用電子傳輸層傳輸電子阻擋空穴，空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，克服了高電子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(diǎn)。另外，本發(fā)明的HEMT晶體管采用由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的電子或空穴，形成互補(bǔ)型HEMT高電子遷移率晶體管，具有遷移率高，開(kāi)關(guān)速度快，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的制備方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第一掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第二掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第三掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第四掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第五掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第六掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

請(qǐng)參見(jiàn)圖1及圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的截面示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的俯視示意圖。該HEMT包括襯底1、隔離溝槽2、源漏電極3、電子傳輸層4、空穴傳輸層5、光吸收層6、柵電極7。襯底1、隔離溝槽2、源漏電極3、電子傳輸層4、空穴傳輸層5、光吸收層6、柵電極7的材料按順序由下至上豎直分布，形成多層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成互補(bǔ)型HEMT晶體管。所述的襯底1優(yōu)選采用藍(lán)寶石(Al₂O₃)襯底；所述隔離溝槽2例如采用SiO₂材料，源漏電極3優(yōu)選采用金(Au)材料；所述電子傳輸層4優(yōu)選采用TiO₂材料，所述空穴傳輸層5優(yōu)選采用Spiro-OMeTAD材料；所述光吸收層6優(yōu)選采用CH₃NH₃PbI₃材料；所述柵電極7優(yōu)選采用金(Au)材料。

請(qǐng)參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的制備方法流程示意圖。該方法包括如下步驟：

步驟a、選取襯底材料；

步驟b、采用第一掩膜版在所述襯底材料表面生長(zhǎng)隔離槽；

步驟c、采用第二掩膜版在所述襯底材料表面形成源漏電極；

步驟d、采用第三掩膜版在所述隔離槽一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)電子傳輸層；

步驟e、采用第四掩膜版在所述隔離槽另一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)空穴傳輸層；

步驟f、采用第五掩膜版在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)CH₃NH₃PbI₃材料作為光吸收層；

步驟g、采用第六掩膜版在整個(gè)襯底表面生長(zhǎng)形成柵電極材料，以完成所述基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT的制備。

其中，對(duì)于步驟a，可以包括：

選取Al₂O₃材料作為所述襯底材料；或者

選取Si材料，并通過(guò)熱氧化工藝在所述Si材料表面形成SiO₂，以作為所述襯底材料。

對(duì)于步驟b，可以包括：

采用所述第一掩膜版，利用磁控濺射工藝在所述襯底材料表面生長(zhǎng)SiO₂材料，形成所述隔離槽。

對(duì)于步驟c，可以包括：

采用所述第二掩膜版，利用磁控濺射工藝在所述襯底材料表面生長(zhǎng)金屬材料形成所述源漏電極，所述金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

對(duì)于步驟d，可以包括：

采用所述第三掩膜版，在氬氣和氧氣的氣體環(huán)境下，利用磁控濺射工藝在所述隔離槽一側(cè)的所述襯底材料表面生長(zhǎng)TiO₂材料，形成所述電子傳輸層。

對(duì)于步驟e，可以包括：

采用所述第四掩膜版，將Spiro-OMeTAD溶液滴加到在所述隔離槽另一側(cè)的所述襯底材料表面并進(jìn)行旋涂，形成所述空穴傳輸層。

對(duì)于步驟f，可以包括：

步驟f1、將PbI₂和CH₃NH₂I先后加入DMSO:GBL中，形成得到PbI₂和CH₃NH₂I的混合溶液；

步驟f2、將PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液攪拌后靜置得到所述CH₃NH₃PbI₃溶液；

步驟f3、采用所述第五掩膜版，利用單一旋涂法在所述電子傳輸層和所述空穴傳輸層表面旋涂所述CH₃NH₃PbI₃材料，形成所述光吸收層。

其中，步驟g可以包括：

采用所述第六掩膜版，在氬氣氣體環(huán)境下，利用磁控濺射工藝在所述光吸收層表面生長(zhǎng)金屬材料形成柵電極，所述金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)采用電子傳輸層傳輸電子阻擋空穴，空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，克服了HEMT中電子空穴復(fù)合，光電轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明的HEMT由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的電子或空穴，形成互補(bǔ)型HEMT高電子遷移率晶體管，具有遷移率高，開(kāi)關(guān)速度快，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)施例二

請(qǐng)參見(jiàn)圖4至圖9，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第一掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第二掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第三掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第四掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第五掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第六掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明HEMT的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下：

步驟1：準(zhǔn)備襯底藍(lán)寶石Al₂O₃，厚度為200μm~600μm。

襯底選用藍(lán)寶石Al₂O₃理由為：由于其價(jià)格低廉，且絕緣性能好，有效地防止HEMT高電子遷移率晶體管的縱向漏電。

襯底可選用200μm~600μm硅襯底熱氧化1μm的SiO₂替代。

步驟2：請(qǐng)參見(jiàn)圖4，在步驟1所準(zhǔn)備的藍(lán)寶石襯底上使用第一掩膜版，通過(guò)磁控濺射隔離溝槽SiO₂。

所用靶材為純度質(zhì)量百分比>99.99%的SiO₂靶，靶直徑為50mm，厚度為1.5~3mm，濺射前，用高純氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空，真空度為1.3×10^-3~3×10^-3Pa，隨后依次通入氬氣和氧氣，通過(guò)調(diào)節(jié)流量控制氬氣和氧氣的體積比為9:1，總壓強(qiáng)保持為2.0Pa，濺射功率為60-80W，由此在襯底上制備SiO₂隔離溝槽，厚度>1μm。

步驟3：請(qǐng)參見(jiàn)圖5，在步驟1所準(zhǔn)備的藍(lán)寶石襯底上隔離溝槽兩側(cè)使用第二掩膜版，通過(guò)磁控濺射源漏電極Au。

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(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)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(qǐng)參見(jiàn)圖6，在步驟3所準(zhǔn)備的藍(lán)寶石襯底和源漏電極上使用第三掩膜版在左側(cè)部分生長(zhǎng)電子傳輸層TiO₂材料。

所用靶材為純度質(zhì)量百分比>99.99%的TiO₂靶，靶直徑為50mm，厚度為1.5~3mm，濺射前，用高純氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空，真空度為1.3×10^-3~3×10^-3Pa，隨后依次通入氬氣和氧氣，通過(guò)調(diào)節(jié)流量控制氬氣和氧氣的體積比為9:1，總壓強(qiáng)保持為2.0Pa，濺射功率為60~80W，生長(zhǎng)結(jié)束后再經(jīng)過(guò)70℃至150℃的退火處理，由此在襯底和源漏電極上制備TiO₂電子傳輸層，傳輸層厚度為50~200nm。

步驟5：請(qǐng)參見(jiàn)圖7，在步驟3所準(zhǔn)備的藍(lán)寶石襯底和源漏電極上使用第四掩膜版在右側(cè)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?cái)嚢?h，即得到Spiro-OMeTAD溶液；將Spiro-OMeTAD溶液滴加到步驟3所準(zhǔn)備的SiO₂氧化層上，然后進(jìn)行旋涂，即得到Spiro-OMeTAD空穴傳輸層，傳輸層厚度為50~200nm。

步驟6：請(qǐng)參見(jiàn)圖8，使用第五掩膜版，在電子傳輸層和空穴傳輸層上旋涂光吸收層CH₃NH₃PbI₃材料。

采用單一旋涂法在所得電子傳輸層和空穴傳輸層上使用第五掩膜版隔離旋涂CH₃NH₃PbI₃光吸收層，將654mg的PbI₂和217mg的CH₃NH₂I先后加入DMSO:GBL中，得到PbI₂和CH₃NH₂I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(shí)，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(shí)，得到CH₃NH₃PbI₃溶液；將CH₃NH₃PbI₃溶液滴加到步驟3所得的傳輸層薄膜上，使用第五掩膜版隔離區(qū)域，用勻膠機(jī)旋涂均勻，在100攝氏度下退火20分鐘，形成CH₃NH₃PbI₃光吸收層。

步驟7：請(qǐng)參見(jiàn)圖9，使用第六掩膜版，在光吸收層CH₃NH₃PbI₃上磁控濺射柵電極金材料，最終形成該互補(bǔ)型HEMT。

采用磁控濺射工藝在步驟6所得光吸收層CH₃NH₃PbI₃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(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)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。

柵電極可選用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。

本發(fā)明提出了一種制備成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單的基于CH₃NH₃PbI₃材料的互補(bǔ)型HEMT高電子遷移率晶體管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于本發(fā)明的晶體管采用電子傳輸層傳輸電子阻擋空穴，空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，克服了高電子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(diǎn)；

2、本發(fā)明的晶體管采用由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的電子或空穴，形成互補(bǔ)型HEMT高電子遷移率晶體管，具有遷移率高，開(kāi)關(guān)速度快，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。