本實用新型屬于晶體管應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種絡(luò)合物為前驅(qū)體的鈣鈦礦層晶體管。
背景技術(shù)：
：基于鈣鈦礦材料的晶體管是一種使用諸如(CH3NH3PbX3-nYn)形式的化合物作為吸光材料的晶體管，其中X、Y=Cl、Br、I等。電池的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，從下往上依次分為導(dǎo)電基底層、絕緣層、金屬底電極層（源極和漏極）、鈣鈦礦半導(dǎo)體層、金屬柵電極。其中研發(fā)重點關(guān)注的是鈣鈦礦半導(dǎo)體層。現(xiàn)有的形成鈣鈦礦半導(dǎo)體層的主要方法首先將無水氯化鉛粉末（PbCl2）直接溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF），加熱溶液，此后將溶解好的溶液旋涂在玻璃基底表面，形成一層PbCl2薄膜，加熱這層薄膜使得溶劑完全揮發(fā)；然后將載有PbCl2薄膜的玻璃基底在甲基氯化銨（MACl）的異丙醇（IPA）溶液中浸泡30秒左右之后取出、旋轉(zhuǎn)甩干、再滴一定量的異丙醇，甩干；或者直接在PbCl2上面旋涂MACl溶液。此后，把薄膜連同玻璃基底轉(zhuǎn)移到加熱臺上，70~100攝氏度加熱10~120分鐘。在這個過程中MACl將與PbCl2反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成大小不一的(CH3NH3)PbCl3晶體。由于PbCl2厚度較厚（一般大于200納米），不易于MACl完全反應(yīng)，反應(yīng)不完全，因此當(dāng)形成了(CH3NH3)PbCl3晶體后，仍舊會有少量的PbCl2雜質(zhì)殘留在薄膜中，形成能態(tài)陷阱和缺陷，減少了材料內(nèi)載流子壽命，降低了材料的載流子遷移率。此外，還影響了薄膜的平整度，造成薄膜的厚度不一，平整度差。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種絡(luò)合物為前驅(qū)體的鈣鈦礦層晶體管，公開了一種鈣鈦礦半導(dǎo)體層材料的合成技術(shù)，降低了CH3NH3PbX3-nYn晶體轉(zhuǎn)化條件，減少PbX2雜質(zhì)殘留，降低材料內(nèi)部缺陷密度，提高薄膜的平整度，從而極大地提高鈣鈦礦半導(dǎo)體層薄膜的載流子壽命和載流子遷移率。本實用新型是這樣實現(xiàn)的，提供一種絡(luò)合物為前驅(qū)體的鈣鈦礦層晶體管，鈣鈦礦層晶體管由表層向里層依次包括基底、絕緣層、金屬底電極層、鈣鈦礦半導(dǎo)體層、金屬柵電極，鈣鈦礦半導(dǎo)體層包括鹵化鉛絡(luò)合物，進一步地，基底材料的選擇包括高濃度摻雜的p型晶硅。進一步地，絕緣層生長在基底上，絕緣層的材料包括二氧化硅。進一步地，絕緣層沉積在基底上，金屬底電極層沉積在絕緣層上，并呈兩條帶狀排布在絕緣層的兩側(cè)邊緣，一側(cè)為源極，另一側(cè)為漏極，在源極和漏極之間留有空隙，所述金屬底電極層的材料包括金和銀中至少一種。進一步地，鈣鈦礦半導(dǎo)體層沉積在金屬底電極層上以及金屬底電極層的源極和漏極兩條金屬底電極之間的空隙內(nèi)，形成半導(dǎo)體層。進一步地，金屬柵電極沉積在鈣鈦礦半導(dǎo)體層上，金屬柵電極的材料包括金和銀中至少一種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的絡(luò)合物為前驅(qū)體的鈣鈦礦層晶體管，具有以下特點：1、在鈣鈦礦半導(dǎo)體層，由鹵化鉛絡(luò)合物形成的薄膜可以直接與MACl反應(yīng)，不需要進行加熱處理，常溫下就可以生成鈣鈦礦薄膜，節(jié)能、簡化流程；2、鹵化鉛完全轉(zhuǎn)化成鹵化鉛絡(luò)合物，節(jié)約原材料；3、形成的鹵化鉛絡(luò)合物薄膜更為平整，提升鹵化鉛絡(luò)合物薄膜的品質(zhì)，薄膜的內(nèi)部缺陷更少，薄膜內(nèi)載流子壽命提高10倍，滿足制作薄膜晶體管（TFT）的需求；4、向CH3NH3PbX3-nYn化合物轉(zhuǎn)化的窗口條件（包括退火溫度，退火時間以及MACl濃度等）更寬，可以在40~100攝氏度，10分鐘~20個小時，MACl濃度40~50mgmL-1的窗口范圍內(nèi)選擇，性能波動小，且均能保持高效率；相比
背景技術(shù)：
里薄膜處理的條件苛刻、窗口小的問題，適應(yīng)性更強；5、利用鹵化鉛絡(luò)合物制成的鈣鈦礦層晶體管效率更高，穩(wěn)定性更好。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基于鈣鈦礦材料的晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為經(jīng)本實用新型的鹵化鉛絡(luò)合物（即PbCl2(DMSO)或PbCl2(DMF)）轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜和經(jīng)傳統(tǒng)的PbCl2單體轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜，再經(jīng)歷五種不同的退伙條件后最終得到的薄膜進行XRD測試的結(jié)果比較示意圖；圖3為經(jīng)本實用新型的鹵化鉛絡(luò)合物（即PbCl2(DMSO)或PbCl2(DMF)）轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜和經(jīng)傳統(tǒng)的PbCl2單體轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜進行瞬時光致發(fā)光測量得到的光致發(fā)光響應(yīng)曲線示意圖；圖4為圖2的薄膜進行穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光測量得到的薄膜發(fā)光強度曲線示意圖；圖5為經(jīng)本實用新型的鹵化鉛絡(luò)合物（即PbCl2(DMSO)或PbCl2(DMF)）轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜和經(jīng)傳統(tǒng)的PbCl2單體轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜的表面SEM圖像之間的比較。具體實施方式為了使本實用新型所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖1所示，本實用新型的一種絡(luò)合物為前驅(qū)體的鈣鈦礦層晶體管，鈣鈦礦層晶體管由表層向里層依次包括基底1、絕緣層2、金屬底電極層3、鈣鈦礦半導(dǎo)體層4、金屬柵電極5。鈣鈦礦半導(dǎo)體層4包括鹵化鉛絡(luò)合物。鹵化鉛絡(luò)合物是將無水鹵化鉛粉末（化學(xué)通式PbX2，X是Cl、I、Br三種元素中的任意一種）與二甲基亞礬溶劑、或N,N-二甲基甲酰胺溶劑、或甲胺的四氫呋喃溶液相混合，使得PbX2粉末完全溶解于二甲基亞礬溶劑、或N,N-二甲基甲酰胺溶劑、或甲胺的四氫呋喃溶液中，再加入氯苯溶劑攪拌混合后靜置，并經(jīng)過過濾后得到的析出物?；?的材料包括但不限于高濃度摻雜的p型晶硅等。絕緣層2生長在基底1上，絕緣層2的材料包括但不限于二氧化硅等。絕緣層2沉積在基底1上。金屬底電極層3沉積在絕緣層2上，并呈兩條帶狀排布在絕緣層的兩側(cè)邊緣，一側(cè)為源極，另一側(cè)為漏極，兩極性質(zhì)完全一致，僅名稱不同。在源極和漏極之間留有空隙。金屬底電極層3的材料包括但不限于金和銀中至少一種高功率的金屬。金屬底電極層3沉積方法包括但不限于真空蒸發(fā)法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法中的至少一種。鈣鈦礦半導(dǎo)體層4沉積在金屬底電極層3上以及金屬底電極層3的源極和漏極兩條金屬底電極之間的空隙內(nèi)，形成半導(dǎo)體層。金屬柵電極5沉積在鈣鈦礦半導(dǎo)體層4上。金屬柵電極5的材料包括但不限于金和銀中至少一種高功率的金屬。金屬柵電極5沉積方法包括但不限于真空蒸發(fā)法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法中的至少一種。下面具體說明本實用新型的一種制備鈣鈦礦層晶體管的方法，包括以下主要步驟：第一步：溶解、合成絡(luò)合物，在25攝氏度室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下，在空氣環(huán)境中，將無水氯化鉛粉末（化學(xué)式PbCl2）與N,N-二甲基甲酰胺溶劑(簡稱DMF)按照配比為5mgPbCl2對應(yīng)15mLDMF的比例混合，攪拌5~10分鐘，使得PbCl2粉末完全溶解于DMF溶劑，得到溶液A。第二步：得到新型鹵化鉛絡(luò)合物固體，在25攝氏度室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下，在空氣環(huán)境中，將氯苯溶劑（簡稱CB）與在第一步得到的溶液A按照體積比CB:A=2:1混合，攪拌1~2分鐘，靜置5~10分鐘，產(chǎn)生析出絡(luò)合物固體P，經(jīng)過濾紙過濾，得到析出絡(luò)合物固體P；析出絡(luò)合物固體P即為PbCl2與DMF的鹵化鉛絡(luò)合物，析出絡(luò)合物固體P又記作PbCl2(DMF)。第三步：制作以析出絡(luò)合物固體P為鈣鈦礦半導(dǎo)體層的晶體管，1）選擇預(yù)先鍍好金屬底電極層的二氧化硅作為基底；2）在鍍有金屬底電極層的二氧化硅基底上沉積絡(luò)合物固體P；整個過程在純氮氣環(huán)境中進行，環(huán)境氣壓為一個大氣壓，環(huán)境溫度為25攝氏度室溫，其詳細(xì)過程為：①將絡(luò)合物固體P溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶劑(簡稱DMF)，攪拌5分鐘，得到溶液B，溶液B的濃度為1摩爾/升；②將甲基氯化銨(MACl)按照60mg/mL的質(zhì)量/體積比例溶解于異丙醇溶劑中（簡稱IPA）形成溶液C；③將溶液B加熱到70攝氏度并保持不斷攪拌；④取適量加熱到70攝氏度的溶液B，迅速均勻旋涂在步驟2已經(jīng)形成的PEDOT:PSS層的表面，旋涂轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分鐘，持續(xù)30秒，涂抹的量由具體樣品的大小決定，形成厚度500納米的完整的薄膜；⑤在涂抹溶液B形成的薄膜上再以3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速旋涂溶液C，使得30秒之內(nèi)溶液C內(nèi)的溶劑基本揮發(fā)，溶質(zhì)保留；然后，將涂抹了溶液B和C的薄膜在90攝氏度下加熱20分鐘，形成半導(dǎo)體層；第四步：在半導(dǎo)體層上沉積金屬柵電極，選用金作為材料。將前述樣品轉(zhuǎn)移進熱蒸鍍儀中，并利用溫度控制臺調(diào)節(jié)透明襯底在熱蒸鍍時需要的溫度；開啟真空泵，開啟卷筒伺服機構(gòu)，待真空度高于1×10-5Pa后，用熱蒸鍍法蒸鍍100納米的金。上述制備方法的特點是：1、PbCl2(DMF)薄膜可以直接與MACl反應(yīng)，不需要進行加熱處理，常溫下就可以生成鈣鈦礦薄膜，節(jié)能、簡化流程。2、PbCl2(U)可以完全轉(zhuǎn)化成CH3NH3PbCl3，提高了轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3的品質(zhì)，同時還可以節(jié)約原材料。請參照圖2所示，圖2中的(a)、(b)、(c)分別是由PbCl2、PbCl2(DMSO)和PbCl2(DMF)轉(zhuǎn)化并經(jīng)過一定的退火處理（室溫、70°C、80°C、90°C或100°C）后最終得到的CH3NH3PbCl3薄膜的XRD測試結(jié)果。在(a)的所有退火條件下得到的XRD信號中，在主峰左側(cè)，即2θ=12.5度，都可以明顯地看到一個峰信號，這個位置的峰對應(yīng)的是PbCl2晶體，說明CH3NH3PbCl3薄膜中有PbCl2殘留。在(b)和(c)的任意XRD曲線中則沒有上述信號。這說明PbCl2(U)可以完全轉(zhuǎn)化成CH3NH3PbCl3，沒有PbCl2殘留在CH3NH3PbCl3薄膜中，提高了轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3的品質(zhì)，同時還可以減少PbCl2的用量。3、CH3NH3PbCl3薄膜品質(zhì)提升，薄膜內(nèi)部的缺陷更少，薄膜內(nèi)載流子壽命提高10倍，可以滿足制作薄膜晶體管（TFT）的需求。數(shù)據(jù)上的支持請參照圖3所示，圖3是對PbCl2、PbCl2(DMSO)和PbCl2(DMF)轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜進行瞬時光致發(fā)光測量得到的光致發(fā)光相應(yīng)，分別對應(yīng)了不同的載流子壽命。載流子壽命越長，說明薄膜內(nèi)缺陷密度越小，薄膜質(zhì)量越高。從圖3的三條曲線可以看出，由PbCl2(DMSO)轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜內(nèi)部缺陷最少，經(jīng)過模型擬合計算，由PbCl2(DMSO)轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜內(nèi)載流子壽命是由PbCl2單體轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3的10倍，因此其電荷遷移率也更高，適合作為制作晶體管的備選材料。表1為PbCl2、PbCl2(DMSO)和PbCl2(DMF)轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3相應(yīng)薄膜的載流子遷移率數(shù)據(jù)。222333前驅(qū)體PbCl2PbCl2(DMF)PbCl2(DMSO)電子遷移率（單位：cm2V-1s-1）2.1±0.23.1±0.14.6±0.2空穴遷移率（單位：cm2V-1s-1）0.8±0.11.5±0.31.7±0.1從表1可以看出：相較于由傳統(tǒng)方法的PbCl2單體轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜，利用本實用新型中絡(luò)合物PbCl2(DMF)或PbCl2(DMSO)作為前驅(qū)體轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜，其電子遷移率和空穴遷移率都得到了提高，其中以PbCl2(DMSO)為最佳。薄膜的電子和空穴遷移率越高，尤其制備的晶體管的電學(xué)性能更佳，因此利用本實用新型制備的晶體管提高了原有基于CH3NH3PbCl3材料的晶體管的性能。4、形成的CH3NH3PbCl3薄膜更為平整。請參照圖5所示，(a)、(b)、(c)是半導(dǎo)體吸光層PbCl2、PbCl2(DMSO)和PbCl2(DMF)轉(zhuǎn)化得到的CH3NH3PbCl3薄膜表面俯視圖，(d)、(e)、(f)是剖視圖；其中圖(a)和圖(d)是利用傳統(tǒng)方法制備得到的薄膜，可以明顯看到表面有突起狀結(jié)構(gòu)。圖(b)和圖(e)是利用PbCl2(DMF)得到的薄膜，表面都很均一、平整。圖(c)和圖(f)是利用PbCl2(DMSO)得到的薄膜，表面都很均一、平整。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3