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P型雙向HHET器件及其制備方法。

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(duì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)所起的作用越來(lái)越大。而其中市場(chǎng)對(duì)光電高速器件的需求與日俱增，并對(duì)器件的性能不斷提出更高更細(xì)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(lái)，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)光波段的光電高空穴遷移率晶體(High Hole Mobility Transistor,簡(jiǎn)稱HHET)管提出了新的要求。

有機(jī)/無(wú)機(jī)鈣鈦礦(CH₃NH₃PbI₃)的橫空出世，又給研究帶來(lái)了新的視角。有機(jī)/無(wú)機(jī)鈣鈦礦中的有機(jī)基團(tuán)和無(wú)機(jī)基團(tuán)的有序結(jié)合，得到了長(zhǎng)程有序的晶體結(jié)構(gòu)，并兼具了有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)機(jī)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(jī)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(jiǎn)單而且低成本，也能夠在室溫下進(jìn)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。

傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)HHET高空穴遷移率晶體管都是屬于電能到電能的轉(zhuǎn)換，并不能滿足對(duì)可見(jiàn)光波段的光電高空穴遷移率晶體管的需求。因此，如何利用CH₃NH₃PbI₃材料的特性來(lái)制備P型光電HHET器件就變得極其重要。

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N型雙向HHET器件及其制備方法。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的制備方法，包括：

在選取的襯底材料表面制作FTO導(dǎo)電玻璃；

在所述FTO導(dǎo)電玻璃表面制作第一光吸收層；

在所述第一光吸收層表面制作第一空穴傳輸層；

在所述第一空穴傳輸層表面制作源漏電極；

在整個(gè)襯底表面制作第二空穴傳輸層；

在所述第二空穴傳輸層表面制備第二光吸收層；

在所述第二光吸收層表面制作柵電極，最終形成所述雙向HHET器件。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在選取的襯底材料表面制作導(dǎo)電玻璃薄膜，包括：

選取Al₂O₃材料作為所述襯底材料；

在所述Al₂O₃材料表面制作所述FTO導(dǎo)電玻璃。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述Al₂O₃材料表面制作所述FTO導(dǎo)電玻璃，包括：

將鈦酸四丁酯加入至二次蒸餾水中攪拌后獲取沉淀物；

將所述沉淀物加入二次蒸餾水和濃硝酸的混合液中攪拌后涂抹在所述襯底表面以形成所述FTO導(dǎo)電玻璃。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述FTO導(dǎo)電玻璃表面制作第一光吸收層，包括：

將PbI₂和CH₃NH₃I先后加入DMSO:GBL中并攪拌，靜置后形成CH₃NH₃PbI₃溶液；

將所述CH₃NH₃PbI₃溶液旋涂在所述FTO導(dǎo)電玻璃表面并通過(guò)退火工藝形成所述第一光吸收層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一光吸收層表面制作第一空穴傳輸層，包括：

配制氯苯溶液，并加入鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和鈷鹽的乙腈溶液，常溫?cái)嚢栊纬蒘piro-OMeTAD溶液；

將所述Spiro-OMeTAD溶液滴加至所述第一光吸收層表面并旋涂形成所述第一空穴傳輸層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述第一空穴傳輸層表面制作源漏電極，包括：

采用Au材料作為靶材，在氬氣氣氛下，利用磁控濺射工藝，采用第一掩膜版在所述第一空穴傳輸層表面濺射Au材料以作為所述源漏電極。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中在整個(gè)襯底表面制作第二空穴傳輸層，包括：

配制氯苯溶液，并加入鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和鈷鹽的乙腈溶液，常溫?cái)嚢栊纬蒘piro-OMeTAD溶液；

將所述Spiro-OMeTAD溶液滴加至所述源漏電極及未被所述源漏電極覆蓋的所述第一空穴傳輸層表面并旋涂以形成所述第二空穴傳輸層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述第二空穴傳輸層表面制備第二光吸收層，包括：

將PbI₂和CH₃NH₃I先后加入DMSO:GBL中并攪拌，靜置后形成CH₃NH₃PbI₃溶液；

利用單一涂抹法將所述CH₃NH₃PbI₃溶液旋涂在所述第二空穴傳輸層表面并通過(guò)退火工藝形成所述第二光吸收層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述第二光吸收層表面制作柵電極，包括：

采用Au材料作為靶材，在氬氣氣氛下，利用磁控濺射工藝，采用第二掩膜版在所述第二光吸收層表面濺射Au材料以作為所述柵電極。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件，其中，所述雙向HHET器件由上述實(shí)施例中任一所述的方法制備形成。

本發(fā)明實(shí)施例的P型雙向HHET器件，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于本發(fā)明的晶體管采用對(duì)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(diǎn)。

2、由于本發(fā)明的晶體管采用對(duì)稱的光吸收層，能吸收更多的光產(chǎn)生光生載流子，增強(qiáng)器件性能。

3、由于本發(fā)明的晶體管采用在透明的藍(lán)寶石生長(zhǎng)透明的導(dǎo)電玻璃FTO作為底部柵電極，能實(shí)現(xiàn)上下光照都能照射到光吸收層，增強(qiáng)器件性能。

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

5、本發(fā)明的晶體管采用由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的空穴，形成雙向HHET高空穴遷移率晶體管，具有遷移率高，開(kāi)關(guān)速度快，光吸收增強(qiáng)，光生載流子增多，傳輸特性增強(qiáng)，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P型雙向HHET器件的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的制備方法流程示意圖；

圖4a-圖4h為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的制備方法示意圖；

圖5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；以及

圖6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。

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

傳統(tǒng)的HHET高空穴遷移率晶體管工藝復(fù)雜且成本高，而基于CH₃NH₃PbI₃材料的HHET制備簡(jiǎn)單，成本低；傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)HHET高空穴遷移率晶體管都是屬于電能到電能的轉(zhuǎn)換，并不能滿足對(duì)可見(jiàn)光波段的光電高空穴遷移率晶體管的需求，而CH₃NH₃PbI₃材料兼具有機(jī)/無(wú)機(jī)材料的性質(zhì)和本身優(yōu)異的光電特性，可以很好的滿足市場(chǎng)對(duì)可見(jiàn)光波段的光電高空穴遷移率晶體管的需求，基于CH₃NH₃PbI₃材料的HHET可以通過(guò)光照產(chǎn)生大量的光生載流子實(shí)現(xiàn)電能加光能到電能的轉(zhuǎn)換，提升轉(zhuǎn)換效率。另外，基于CH₃NH₃PbI₃材料的HHET可以通過(guò)柵控加光控實(shí)現(xiàn)雙控，并且可以通過(guò)控制光強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)從光的方面提升效率。CH₃NH₃PbI₃材料的雙向HHET高空穴遷移率晶體管可以通過(guò)上下光照增強(qiáng)光的利用率，進(jìn)而得到更高效率的HHET器件。

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P型雙向HHET器件的截面示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的俯視示意圖。本發(fā)明的雙向HHET包括：襯底1、導(dǎo)電玻璃2、光吸收層3、空穴傳輸層4、源漏電極5、空穴傳輸層6、光吸收層7、柵電極8。襯底1、導(dǎo)電玻璃2、光吸收層3、空穴傳輸層4、源漏電極5、空穴傳輸層6、光吸收層7、柵電極8的材料按順序由下至上豎直分布，形成多層對(duì)稱結(jié)構(gòu)，構(gòu)成雙向P型HHET器件。

所述的襯底1可采用藍(lán)寶石襯底；所述的源漏電極5可采用Au材料；所述的空穴傳輸層4、6可采用Spiro-OMeTAD材料；所述的光吸收層3、7可采用CH₃NH₃PbI₃材料；所述的柵電極8可采用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P型雙向HHET器件的制備方法流程示意圖。該方法包括如下步驟：

步驟1、在選取的襯底材料表面制作FTO導(dǎo)電玻璃；

步驟2、在所述FTO導(dǎo)電玻璃表面制作第一光吸收層；

步驟3、在所述第一光吸收層表面制作第一空穴傳輸層；

步驟4、在所述第一空穴傳輸層表面制作源漏電極；

步驟5、在整個(gè)襯底表面制作第二空穴傳輸層；

步驟6、在所述第二空穴傳輸層表面制備第二光吸收層；

步驟7、在所述第二光吸收層表面制作柵電極，最終形成所述雙向HHET器件。

對(duì)于步驟1，可以包括：

步驟11、選取Al₂O₃材料作為所述襯底材料；

步驟12、在所述Al₂O₃材料表面制作所述FTO導(dǎo)電玻璃。

對(duì)于步驟12，可以包括：

步驟121、將鈦酸四丁酯加入至二次蒸餾水中攪拌后獲取沉淀物；

步驟122、將所述沉淀物加入二次蒸餾水和濃硝酸的混合液中攪拌后涂抹在所述襯底表面以形成所述FTO導(dǎo)電玻璃。

對(duì)于步驟2，可以包括：

步驟21、將PbI₂和CH₃NH₃I先后加入DMSO:GBL中并攪拌，靜置后形成CH₃NH₃PbI₃溶液；

步驟22、將所述CH₃NH₃PbI₃溶液旋涂在所述FTO導(dǎo)電玻璃表面并通過(guò)退火工藝形成所述第一光吸收層。

對(duì)于步驟3，可以包括：

步驟31、配制氯苯溶液，并加入鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和鈷鹽的乙腈溶液，常溫?cái)嚢栊纬蒘piro-OMeTAD溶液；

步驟32、將所述Spiro-OMeTAD溶液滴加至所述第一光吸收層表面并旋涂形成所述第一空穴傳輸層。

對(duì)于步驟4，可以包括：

采用Au材料作為靶材，在氬氣氣氛下，利用磁控濺射工藝，采用第一掩膜版在所述第一空穴傳輸層表面濺射Au材料以作為所述源漏電極。其中，Au材料也可以置換為Ag、Pt等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬，或者可以采用Al、Ti或Ni等成本低的金屬。

對(duì)于步驟5，可以包括：

步驟51、配制氯苯溶液，并加入鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和鈷鹽的乙腈溶液，常溫?cái)嚢栊纬蒘piro-OMeTAD溶液；

步驟52、將所述Spiro-OMeTAD溶液滴加至所述源漏電極及未被所述源漏電極覆蓋的所述第一空穴傳輸層表面并旋涂以形成所述第二空穴傳輸層。

對(duì)于步驟6，可以包括：

步驟61、將PbI₂和CH₃NH₃I先后加入DMSO:GBL中并攪拌，靜置后形成CH₃NH₃PbI₃溶液；

步驟62、利用單一涂抹法將所述CH₃NH₃PbI₃溶液旋涂在所述第二空穴傳輸層表面并通過(guò)退火工藝形成所述第二光吸收層。

對(duì)于步驟7，可以包括：

采用Au材料作為靶材，在氬氣氣氛下，利用磁控濺射工藝，采用第二掩膜版在所述第二光吸收層表面濺射Au材料以作為所述柵電極。其中，Au材料也可以置換為Ag、Pt等化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬，或者可以采用Al、Ti或Ni等成本低的金屬。

本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)采用對(duì)稱的光吸收層，能吸收更多的光產(chǎn)生光生載流子，增強(qiáng)器件性能；另外，采用在透明的藍(lán)寶石生長(zhǎng)透明的FTO導(dǎo)電玻璃作為底部柵電極，能實(shí)現(xiàn)上下光照都能照射到光吸收層，增強(qiáng)器件性能；再次，采用由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的空穴，形成雙向HHET，具有遷移率高，開(kāi)關(guān)速度快，光吸收增強(qiáng)，光生載流子增多，傳輸特性增強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)施例二

請(qǐng)一并參見(jiàn)圖4a-圖4h及圖5和圖6，圖4a-圖4h為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的制備方法示意圖；圖5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6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。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明的基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型雙向HHET器件的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如下：

步驟1：請(qǐng)參見(jiàn)圖4a，準(zhǔn)備藍(lán)寶石Al₂O₃襯底1，厚度為200μm-600μm。

襯底選用藍(lán)寶石Al₂O₃理由：由于其價(jià)格低廉，且絕緣性能好，有效的防止雙向HHET高空穴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，但替代后絕緣效果變差，且制作過(guò)程更為復(fù)雜。

步驟2：請(qǐng)參見(jiàn)圖4b，在步驟1所準(zhǔn)備的藍(lán)寶石襯底1上使用溶膠法制備FTO導(dǎo)電玻璃2。具體地，該FTO導(dǎo)電玻璃的厚度可以為100～300nm。

將5～16ml鈦酸四丁酯加入到20～75ml二次蒸餾水中，攪拌反應(yīng)3～5h。將得到的沉淀過(guò)濾，反復(fù)洗滌后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，加入100～300ml二次蒸餾水和3ml濃硝酸，于60～90℃攪拌24～48h，即得到透明的FTO溶膠。將該FTO溶膠涂抹在該藍(lán)寶石襯底1上靜置形成FTO導(dǎo)電玻璃2。

步驟3：請(qǐng)參見(jiàn)圖4c，在步驟2所制備的FTO導(dǎo)電玻璃2上旋涂CH₃NH₃PbI₃材料光吸收層3。

采用單一旋涂法在步驟2所得FTO導(dǎo)電玻璃上旋涂CH₃NH₃PbI₃光吸收層3，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(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2所得的導(dǎo)電玻璃上，在100攝氏度下退火20分鐘，形成CH₃NH₃PbI₃光吸收層，光吸收層厚度為200～300nm。

步驟4：請(qǐng)參見(jiàn)圖4d，在光吸收層3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?cái)嚢?h，即得到Spiro-OMeTAD溶液；將Spiro-OMeTAD溶液滴加到所準(zhǔn)備的光吸收層3上，然后進(jìn)行旋涂，即得到Spiro-OMeTAD空穴傳輸層4，傳輸層厚度為50-200nm。

步驟5：請(qǐng)參見(jiàn)圖4e及圖5，使用第一掩膜版，在空穴傳輸層4上磁控濺射采用金材料制備的源漏電極5。

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5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6：請(qǐng)參見(jiàn)圖4f，在源漏電極5和Spiro-OMeTAD空穴傳輸層4上旋涂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溶液滴加到所準(zhǔn)備的空穴傳輸層4和源漏電極5上，然后進(jìn)行旋涂，即得到Spiro-OMeTAD空穴傳輸層6，傳輸層厚度為50-200nm。

步驟7：請(qǐng)參見(jiàn)圖4g，在Spiro-OMeTAD空穴傳輸層6上旋涂CH₃NH₃PbI₃材料的光吸收層7。

采用單一旋涂法在步驟7所得Spiro-OMeTAD空穴傳輸層6上旋涂CH₃NH₃PbI₃光吸收層。具體地，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(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6所得的Spiro-OMeTAD空穴傳輸層6上，在100攝氏度下退火20分鐘，形成CH₃NH₃PbI₃光吸收層，光吸收層厚度為200-300nm。

步驟8：請(qǐng)參見(jiàn)圖4h及圖6，使用第二掩膜版，在CH₃NH₃PbI₃光吸收層7上磁控濺射金材料的柵電極8。

采用磁控濺射工藝在步驟7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8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。

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。