本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

場效應(yīng)晶體管是利用半導(dǎo)體的表面效應(yīng)，以柵極電壓控制半導(dǎo)體有源層表面的空穴與電子耗盡或積累，決定溝道的導(dǎo)通狀況，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。場效應(yīng)晶體管因原理簡單，工藝成熟，可靠性高，現(xiàn)已普遍應(yīng)用于電子器件和集成電路的制造。場效應(yīng)晶體管的性能受到工藝、制程、材料和器件結(jié)構(gòu)等多個(gè)因素的影響，其中溝道材料和器件結(jié)構(gòu)從根本上決定著場效應(yīng)晶體管的遷移率和工作效率。

自從發(fā)現(xiàn)膠體量子點(diǎn)具有量子尺寸效應(yīng)以來，其以薄膜的形式在電子和光電子領(lǐng)域得到了極大的應(yīng)用。基于大小可調(diào)的能隙、小的激子結(jié)合能、高的電致和光致發(fā)光效率和廉價(jià)的溶液制程等優(yōu)勢，量子點(diǎn)已經(jīng)成功的在太陽能電池、發(fā)光二極管等薄膜光電子器件方面實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。然而，量子點(diǎn)膜在場效應(yīng)晶體管中的電荷傳輸性能和應(yīng)用還鮮有報(bào)道，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于商業(yè)硅晶體管和有機(jī)場效應(yīng)晶體管。

半導(dǎo)體量子點(diǎn)膠體通過自組裝緊密堆積實(shí)現(xiàn)量子限域電子或空穴波函數(shù)的有效交疊和重合，將會形成一種新型的“人造薄膜”，這種固體薄膜不僅保留了量子點(diǎn)材料性能獨(dú)特的可調(diào)性，同時(shí)，也具有較高的載流子遷移率和電傳導(dǎo)能力。與硅類晶體管相比，以量子點(diǎn)作為載流子傳輸層的場效應(yīng)晶體管具有溶液制程制備過程簡單，成本較低，重量親且柔性好等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得量子點(diǎn)場效應(yīng)晶體管成為未來電子行業(yè)的重要元件，可廣泛的用于智能卡、存儲器、電子商標(biāo)、有緣矩陣顯示器和傳感器等。

碳元素是目前擁有納米結(jié)構(gòu)和特性最為豐富的材料之一，如富勒烯、碳量子點(diǎn)、碳納米管、石墨烯等由于具有優(yōu)異的化學(xué)、物理、機(jī)械和電子性能而引起了科研人員的極大研究興趣和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用?；谔蓟碾娮訉W(xué)因其尺寸小、速度快、功耗低、工藝簡單等特點(diǎn)受到人們越來越廣泛的關(guān)注。在眾多碳納米材料中，碳量子點(diǎn)是一種尺寸小于10nm的零維納米顆粒，因其具有低成本、低毒性、長期穩(wěn)定性、粒徑大小可調(diào)節(jié)光學(xué)響應(yīng)和高效多樣的載流子生成能力，且易于制備而成為傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的理想替換材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要提供一種場效應(yīng)晶體管及其制備方法，旨在解決如何使用碳量子點(diǎn)制備場效應(yīng)晶體管的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種場效應(yīng)晶體管的制備方法，所述方法包括：在基板上沉積第一絕緣層；在所述第一絕緣層上形成源極及漏極；形成覆蓋所述源極及漏極的碳量子點(diǎn)有源層；在所述碳量子點(diǎn)有源層上依次形成第二絕緣層及柵極。

其中，所述形成覆蓋所述源極及漏極的碳量子點(diǎn)有源層包括：將所述碳量子點(diǎn)溶解在辛烷中以形成第一混合溶液；使用旋涂法在所述第一絕緣層、源極及漏極上，將所述第一混合溶液旋涂成碳量子點(diǎn)膜層；對所述碳量子點(diǎn)膜層進(jìn)行真空烘烤以形成覆蓋所述源極及漏極的所述碳量子點(diǎn)有源層。

其中，所述在基板上沉積第一絕緣層包括：通過化學(xué)氣相沉積法在所述基板上形成第一材料層，所述第一材料層為氧化硅層、氧化鋁層、氮化硅層或所述氧化硅、氧化鋁及氮化硅的混合層；使用第二混合溶液對所述第一材料層進(jìn)行浸泡沖洗；烘干浸泡沖洗后的所述第一材料層以形成所述第一絕緣層。

其中，所述在所述第一絕緣層上形成源極及漏極包括：以蒸鍍的方式在所述第一絕緣層上形成源極、漏極金屬層；對所述源極、漏極金屬層圖案化處理以形成所述源極及漏極。

其中，所述在所述碳量子點(diǎn)有源層上依次形成第二絕緣層及柵極包括：通過化學(xué)氣相沉積法在所述碳量子點(diǎn)有源層上沉積第二材料層，所述第二材料層為氧化硅層、氧化鋁層、氮化硅層或所述氧化硅、氧化鋁及氮化硅的混合層；使用所述第二混合溶液對所述第二材料層進(jìn)行浸泡沖洗；烘干浸泡沖洗后的所述第二材料層以形成所述第二絕緣層。

其中，所述在所述碳量子點(diǎn)有源層上依次形成第二絕緣層及柵極進(jìn)一步包括：以蒸鍍的方式在所述第二絕緣層上形成柵金屬層；對所述柵金屬層進(jìn)行圖案化處理以形成所述柵極。

其中，所述第二混合溶液為丙酮、甲醇和異丙醇的混合溶液。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管包括：位于基板上的源極和漏極；與所述源極和漏極接觸的有源層，其中，所述有源層為碳量子點(diǎn)有源層。

其中，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括位于所述源極和所述漏極上的絕緣層及在所述絕緣層上的柵極。

其中，所述場效應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括在所述基板上由下至上依次層疊的柵極及絕緣層，所述碳量子點(diǎn)有源層位于所述絕緣層上，所述源極和所述漏極位于所述碳量子點(diǎn)有源層上。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明通過在基板上沉積第一絕緣層；在第一絕緣層上形成源極及漏極；形成覆蓋源極及漏極的碳量子點(diǎn)有源層；在碳量子點(diǎn)有源層上依次形成第二絕緣層及柵極的方法，使用碳量子點(diǎn)為材料制備場效應(yīng)晶體管中的有源層，豐富了場效應(yīng)晶體管的制備材料，減少了現(xiàn)有技術(shù)中使用金屬點(diǎn)膜層制備有源層時(shí)對環(huán)境的污染，同時(shí)降低了對金屬元素的依賴性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管的制備方法實(shí)施例的流程示意圖；

圖2是圖1中各步驟制備而成的場效應(yīng)晶體管第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中步驟s11的具體流程示意圖；

圖4是圖1中步驟s12的具體流程示意圖；

圖5是圖1中步驟s13的具體流程示意圖；

圖6是圖1中步驟s14的具體流程示意圖；

圖7是本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明所提供的一種場效應(yīng)晶體管及其制備方法做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管的制備方法實(shí)施例包括：

s11：在基板101上沉積第一絕緣層102；

參閱圖3，該步驟s11可具體包括：

s111：通過化學(xué)氣相沉積法在基板101上形成第一材料層；

具體地，通過化學(xué)氣相沉積法在包括但不限于硅片、玻璃及塑料的基板上形成一定厚度的第一材料層。

其中，該第一材料層可以是氧化硅層、氧化鋁層或氮化硅層，也可以是氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的多種混合層；該第一材料層的厚度可根據(jù)實(shí)際制備而定，本實(shí)施例中厚度以200nm為例。

s112：使用第二混合溶液對第一材料層進(jìn)行浸泡沖洗；

具體地，可使用丙酮、甲醇和異丙醇的第二混合溶液對形成的第一材料層進(jìn)行浸泡沖洗。

s113：烘干浸泡沖洗后的第一材料層以形成第一絕緣層102。

具體地，可在100℃的溫度環(huán)境下對浸泡沖洗后的第一材料層進(jìn)行烘干處理，烘干之后即可形成第一絕緣層102。

s12：在第一絕緣層102上形成源極103及漏極104；

參閱圖4，該步驟s12可具體包括：

s121：以蒸鍍的方式在第一絕緣層102上形成源極、漏極金屬層；

具體地，可使用蒸鍍設(shè)備比如蒸鍍機(jī)在真空環(huán)境中，將包括但不限于金屬鋁、銀、銅、鈦或者它們的混合金屬加熱并鍍到第一絕緣層102上形成源極、漏極金屬層。

s122：對源極、漏極金屬層圖案化處理以形成源極103及漏極104。

具體地，對形成的源極、漏極金屬層進(jìn)行曝光、顯影、刻蝕和剝離制程，形成圖案化的源極103及漏極104。

可選的，源極103和漏極104的面積為200μm×300μm，源極103及漏極104的間距為10μm至50μm。

s13：形成覆蓋源極103及漏極104的碳量子點(diǎn)有源層105；

參閱圖5，該步驟s13可具體包括：

s131：將碳量子點(diǎn)溶解在辛烷中以形成第一混合溶液；

碳量子點(diǎn)又稱碳點(diǎn)或碳納米點(diǎn)，是一種類球形的碳顆粒，為粒徑小于10nm的碳骨架和表面基團(tuán)構(gòu)成的熒光碳納米材料，具有毒性小、生物相容性好、發(fā)光波長可調(diào)、易于功能化等優(yōu)點(diǎn)。

其中，碳量子點(diǎn)可使用包括但不限于電化學(xué)方法、激光消融方法、熱解法、模版法和微波輔助法制備出不同粒徑的碳量子點(diǎn)，比如：使用激光消融法利用激光從石墨粉表面切下碳納米粒子，將其與有機(jī)聚合物混合后，即獲得直徑小于5nm且具有光致發(fā)光特性的碳量子點(diǎn)，再比如：使用熱解法對有機(jī)物進(jìn)行高溫?zé)峤庖部色@得碳量子點(diǎn)。

可選的，該第一混合溶液中碳量子點(diǎn)的濃度為2.5mg/ml。

s132：使用旋涂法在第一絕緣層102、源極103及漏極104上，將第一混合溶液旋涂成碳量子點(diǎn)膜層。

具體地，可在含有高純惰性氣體的手套箱中，將上述的含有碳量子點(diǎn)的第一混合溶液滴加至第一絕緣層102、源極103及漏極104上，并使用旋涂法在一定時(shí)間內(nèi)形成一定厚度的碳量子點(diǎn)膜層。

可選的，惰性氣體為氮?dú)?，旋涂法的轉(zhuǎn)數(shù)為3000rpm，旋涂時(shí)間為30s。

s133：對碳量子點(diǎn)膜層進(jìn)行真空烘烤以形成覆蓋源極103及漏極104的碳量子點(diǎn)有源層105。

比如，在80℃的真空環(huán)境中對碳量子點(diǎn)膜層進(jìn)行烘烤，在大約12個(gè)小時(shí)后即可形成覆蓋源極103及漏極104的碳量子點(diǎn)有源層105。

s14：在碳量子點(diǎn)有源層105上依次形成第二絕緣層106及柵極107。

參閱圖6，該步驟可具體包括：

s141：通過化學(xué)氣相沉積法在碳量子點(diǎn)有源層105上沉積第二材料層；

其中，該第二材料層可以是氧化硅層、氧化鋁層或氮化硅層，也可以是氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的多種混合層；該第二材料層的厚度可根據(jù)實(shí)際制備而定，本實(shí)施例中厚度以300nm為例。

s142：使用第二混合溶液對第二材料層進(jìn)行浸泡沖洗；

具體地，可使用丙酮、甲醇和異丙醇的第二混合溶液對形成的第一材料層進(jìn)行浸泡沖洗。

s143：烘干浸泡沖洗后的第二材料層以形成第二絕緣層106；

具體地，可在100℃的溫度環(huán)境下對浸泡沖洗后的第二材料層進(jìn)行烘干處理，烘干之后即可形成第二絕緣層106。

s144：以蒸鍍的方式在第二絕緣層106上形成柵金屬層；

具體地，可使用蒸鍍設(shè)備比如蒸鍍機(jī)在真空環(huán)境中，將包括但不限于金屬鋁、銀、銅、鈦或者它們的混合金屬加熱并鍍到第二絕緣層106上形成柵金屬層。

s145：對柵金屬層進(jìn)行圖案化處理以形成柵極107。

具體地，對形成的柵金屬層進(jìn)行曝光、顯影、刻蝕和剝離制程，形成圖案化的柵極107。

可以看出，本實(shí)施例是基于碳量子點(diǎn)有源層制備薄膜晶體管的工藝方法，基于本實(shí)施例制備而成的薄膜晶體管包括頂柵型薄膜晶體管和底柵型薄膜晶體管，兩者中均包括碳量子點(diǎn)有源層，其他各層結(jié)構(gòu)采用上述方法中相對應(yīng)的步驟制備而成即可。

參閱圖2，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第一實(shí)施例包括：位于基板101上的源極103、漏極104以及與源極103和漏極104接觸的有源層105。

其中，有源層105為碳量子點(diǎn)有源層。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中的場效應(yīng)晶體管還包括位于基板101上的第一絕緣層102、位于有源層105上的第二絕緣層106及絕緣層上的柵極107，其中，源極103、漏極104位于第一絕緣層102上，有源層105覆蓋源極103及漏極104。

其中，本實(shí)施例中的場效應(yīng)晶體管采用上述方法制備而成，在此不再贅述。

參閱圖7，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第二實(shí)施例包括在硅片基板201上形成的第一絕緣層202、位于第一絕緣層202上的有源層203、位于有源層203上的源極204和漏極205、覆蓋源極204和漏極205的第二絕緣層206及位于第二絕緣層上的柵極207。

其中，有源層203為碳量子點(diǎn)有源層。

本實(shí)施例中各層結(jié)構(gòu)采用上述方法實(shí)施例中相對應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

參閱圖8，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第三實(shí)施例包括在玻璃基板301上的有源層302、位于有源層302上的源極303和漏極304、位于源極303和漏極304上的絕緣層305及在絕緣層305上的柵極306。

其中，有源層302為碳量子點(diǎn)有源層。

本實(shí)施例中各層結(jié)構(gòu)采用上述方法實(shí)施例中相對應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

上述場效應(yīng)晶體管的三種實(shí)施例均為頂柵型場效應(yīng)晶體管，均包括碳量子點(diǎn)有源層。

參閱圖9，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第四實(shí)施例包括在玻璃基板401上由上至下依次層疊柵極402及絕緣層403、位于絕緣層403上的有源層404、位于有源層404上的源極405及漏極406。

其中，有源層404為碳量子點(diǎn)有源層。

本實(shí)施例中的各層結(jié)構(gòu)采用上述方法實(shí)施例中相對應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

參閱圖10，本發(fā)明提供的場效應(yīng)晶體管第五實(shí)施例包括在塑料基板501上的第一絕緣層502、位于第一絕緣層502上的柵極503、位于柵極503上的第二絕緣層504、在第二絕緣層504上的有源層505、以及位于有源層505上的源極506和漏極507。

其中，有源層505為碳量子點(diǎn)有源層。

本實(shí)施例中的各層結(jié)構(gòu)采用上述方法實(shí)施例中相對應(yīng)的步驟制備而成，在此不再贅述。

上述場效應(yīng)晶體管的兩種實(shí)施例為底柵型場效應(yīng)晶體管，均包括碳量子點(diǎn)有源層。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過在基板上沉積第一絕緣層；在第一絕緣層上形成源極及漏極；形成覆蓋源極及漏極的碳量子點(diǎn)有源層；在碳量子點(diǎn)有源層上依次形成第二絕緣層及柵極的方法，使用碳量子點(diǎn)為材料制備場效應(yīng)晶體管中的有源層，豐富了場效應(yīng)晶體管的制備材料，減少了現(xiàn)有技術(shù)中使用金屬點(diǎn)膜層制備有源層時(shí)對環(huán)境的污染，同時(shí)降低了對金屬元素的依賴性。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。