场效应晶体管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

背景技术：

随着电子产品的发展，越来越多的电子设备需要具有优异的延展性、可弯曲性，对场效应晶体管的要求越来越高。但是，传统的场效应晶体管以硅为衬底，并在硅衬底上加工后获得。这种场效应晶体管不具有机械柔性，在弯曲时容易造成硅季度与介电层分离，并且难以阻止水汽进入衬底，导致场效应晶体管的性能不够高。

技术实现要素：

本发明提供一种场效应晶体管及其制备方法，旨在提高场效应晶体管的机械柔性和防水性能。

为实现上述目的，本发明提供一种场效应晶体管，包括衬底、栅极、有源层、源极、漏极和介电层；

所述介电层生成于所述衬底上，所述有源层生成于所述介电层的上表面，所述源极和所述漏极分别位于所述有源层的两侧；

所述有源层的材质为金属氧化物纳米纤维，所述介电层的材质为氧化铝。

优选地，所述金属氧化物纳米纤维包括氧化铟纳米纤维或氧化锡纳米纤维。

优选地，所述衬底、所述栅极、所述源极、所述漏极的的材质都是铝。

优选地，所述衬底的厚度为0.1-1mm；所述栅极的厚度为0.1-1mm；所述有源层的厚度为40-100nm；所述源极的厚度为100-500nm；所述漏极的厚度为100-500nm；所述介电层的厚度为50-100nm。

优选地，以铝片作为所述衬底，将所述铝片表面的第一区域进行氧化，获得所述介电层；

将所述铝片未被氧化的第二区域作为所述栅极。

此外，为实现上述目的，本发明实施例还提供一种场效应晶体管的制备方法，包括：

以铝片为衬底，在所述衬底表面氧化生成氧化铝，获得表面有氧化铝薄膜的铝片，将所述氧化铝薄膜作为介电层；

将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端，接收通过静电纺丝技术生成的金属氧化物复合纳米纤维；

对所述金属氧化物复合纳米纤维进行照射和退火处理后获得金属氧化物纳米纤维，将所述金属氧化物纳米纤维作为有源层；

利用真空蒸发镀膜机对所述包括有源层和氧化铝薄膜的衬底进行蒸镀，形成源极和漏极，获得场效应晶体管。

优选地，所述以铝片为衬底，在所述衬底表面氧化生成氧化铝，获得表面有氧化铝薄膜的铝片的步骤包括：

对铝片表面进行抛光处理，将抛光后的铝片的3/4放入弱酸性溶液中，所述弱酸性溶液的ph为5-7；

向所述弱酸性溶液施加电压使所述铝片表面发生氧化反应，获得表面有氧化铝薄膜的铝片。

优选地，所述将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端，接收通过静电纺丝技术生成的金属氧化物复合纳米纤维的步骤包括：

将静电纺丝前驱体溶液装在平头针头中，并将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端，所述平头针头到静电纺丝装置的接收端的距离为10-20cm；

在预设条件下通过所述静电纺丝装置，推出所述静电纺丝前驱体溶液，在所述接收端获得金属氧化物复合纳米纤维。

优选地，对所述金属氧化物复合纳米纤维进行照射和退火处理后获得金属氧化物纳米纤维的步骤包括：

对所述金属氧化物复合纳米纤维进行高压汞灯照射处理，其中，汞灯波长范围为100-400nm，照射功率为1000w，照射时长为30-60min；

对高压汞灯照射后的所述金属氧化物复合纳米纤维进行退火处理获得金属氧化物纳米纤维，其中，退火温度为240-290℃，退火时长为3-8h。

优选地，所述将静电纺丝前驱体溶液装在平头针头中，并将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端的步骤之前还包括：

将金属氧化物、聚乙烯醇加入到去离子水中，获得所述静电纺丝前驱体溶液，其中所述金属氧化物包括氧化铟或氧化锡，所述金属氧化物的浓度为0.1-0.3mol，所述聚乙烯醇与去离子水的比例为1:8-1:11。

相比现有技术，本发明提供一种场效应晶体管及其制备方法，所述场效应晶体管包括衬底、栅极、有源层、源极、漏极和介电层，所述介电层生成于所述衬底上，所述有源层生成于所述介电层的上表面，所述源极和所述漏极分别位于所述有源层的两侧，所述有源层的材质为金属氧化物纳米纤维，所述介电层的材质为氧化铝。通过所述金属氧化物纳米纤维提高了场效应晶体管的机械柔性和防水性能。

附图说明

图1是本发明场效应晶体管的结构示意图；

图2是本发明场效应晶体管的输出特性曲线；

图3是本发明场效应晶体管的转移特性曲线；

图4是本发明场效应晶体管的制备方法的流程示意图。

附图标号及名称

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种场效应晶体管(fieldeffecttransistor，fet)，场效应管是通过控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。场效应晶体管包括结型场效应管和金属-氧化物半导体场效应管。场效应晶体管由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(10⁷～10¹⁵ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

具体地，参照图1，图1是本发明场效应晶体管的结构示意图。所述场效应晶体管包括衬底1、栅极2、有源层3、源极4、漏极5和介电层6，其中，所述有源层3的材质为金属氧化物纳米纤维，所述介电层6的材质为氧化铝。金属氧化物纳米纤维具有良好的机械柔性和独特的传输性能，使得所述场效应晶体管在弯曲时具有良好的稳定性，不易发生龟裂。

具体地，所述金属氧化物纳米纤维包括氧化铟(in2o3)纳米纤维或氧化锡(sno2)纳米纤维。氧化铟是一种n型透明半导体功能材料，具有较宽的禁带宽度、较小的电阻率和较高的催化活性，在光电领域、气体传感器、催化剂方面得到了广泛应用。而氧化铟颗粒尺寸达纳米级别时除具有以上功能外，还具备了纳米材料的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。氧化锡是一种优秀的透明导电材料，它是第一个投入商用的透明导电材料，具有良好的导电性和稳定性。

对于所述场效应晶体管，所述衬底、所述栅极、所述源极、所述漏极的的材质都是铝。

进一步地，所述衬底的厚度为0.1-1mm；所述栅极的厚度为0.1-1mm；所述有源层的厚度为40-100nm；所述源极的厚度为100-500nm；所述漏极的厚度为100-500nm；所述介电层的厚度为50-100nm。

6、进一步地，对于所述场效应晶体管，所述介电层6生成于所述衬底1上，所述有源层3生成于所述介电层6的上表面，所述源极5和所述漏极4分别位于所述有源层3的两侧。所述栅极2可以是所述衬底中的一部分。以铝片为衬底，将所述铝片表面的第一区域进行氧化，获得所述介电层6；将所述铝片未被氧化的第二区域作为所述栅极2。例如，将所述铝片表面的3/4进行氧化，获得氧化铝介电层6，将未被氧化的剩余的1/4作为所述栅极2。

所述介电层直接在所述衬底上生成，使得所述场效应晶体管的介电层不易与衬底分离，能提高所述场效应晶体管的显示水平，并且能有效防止水汽、空气进入的能力，具有良好的稳定性、防水性和抗氧化能力。

本实施例还对所述场效应的输出特性和转移特性进行了表征。具体地，参照图2，图2是本发明场效应晶体管的输出特性曲线；在图2中，以漏源电压为横坐标，以漏源电流为纵坐标，栅源电压为0-3v。从图2可知，所述场效应晶体管是典型的n型器件，有清楚的截止区和饱和区，这表明所述金属氧化物纳米纤维与电极之间形成了良好的欧姆接触。

进一步地，参照图3，图3是本发明场效应晶体管的转移特性曲线。在图3中，以栅源电压为横坐标，以漏源电流为纵坐标，漏源电压为2v。从图3可知，所述场效应晶体管具有大的开关比(～10⁶)，正的且较小的阈值电压(～0.6v)，陡峭的亚阈值摆幅(230mv/decade)，由此，所述场效应晶体管具有优异的增强型场效应晶体管性能。

进一步地，所述场效应晶体管的操作电压低，只需要3v，有利于应用在低功耗、便携式的设备上。

本实施例通过上述方案，提供了一种场效应晶体管及其制备方法，所述场效应晶体管包括衬底、栅极、有源层、源极、漏极和介电层，其中，所述有源层的材质为金属氧化物纳米纤维，所述介电层的材质为氧化铝。通过所述金属氧化物纳米纤维提高了场效应晶体管的机械柔性和防水性能。

如图4所示，本发明第二实施例提出一种场效应晶体管的制备方法，所述方法包括：

步骤s101，以铝片为衬底，在所述衬底表面氧化生成氧化铝，获得表面有氧化铝薄膜的铝片，将所述氧化铝薄膜作为介电层；

具体地，对铝片表面进行抛光处理，将抛光后的铝片的3/4放入弱酸性溶液中，所述弱酸性溶液的ph为5-7；其中，所述弱酸性溶液可以是柠檬酸、硼酸、乙二酸、酒石酸铵等的水溶液。

向所述弱酸性溶液施加电压使所述铝片表面发生氧化反应，获得表面有氧化铝薄膜的铝片。本实施例中，在阳极施加2-6v的直流电压，以碳棒做阴极，加电压数秒后，即可得到表面有致密氧化铝(al2o3)薄膜的铝片。

步骤s102，将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端，接收通过静电纺丝技术生成的金属氧化物复合纳米纤维；

静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。

具体地，预先获得静电纺丝前驱体溶液：将金属氧化物、聚乙烯醇加入到去离子水中，获得所述静电纺丝前驱体溶液，其中所述金属氧化物包括氧化铟或氧化锡，所述金属氧化物的浓度为0.1-0.3mol，所述聚乙烯醇与去离子水的比例为1:8-1:11。

将静电纺丝前驱体溶液装在平头针头中，并将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端，所述平头针头到静电纺丝装置的接收端的距离为10-20cm；

在预设条件下通过所述静电纺丝装置，推出所述静电纺丝前驱体溶液，在所述接收端获得金属氧化物复合纳米纤维。所述预设条件直流电压为13-30kv，反应环境为温度10-30℃，较佳湿度为20％-55％。

步骤s103，对所述金属氧化物复合纳米纤维进行照射和退火处理后获得金属氧化物纳米纤维，将所述金属氧化物纳米纤维作为有源层；

对所述金属氧化物复合纳米纤维进行高压汞灯照射处理，其中，汞灯波长范围为100-400nm，照射功率为1000w，照射时长为30-60min；

对高压汞灯照射后的所述金属氧化物复合纳米纤维进行退火处理获得金属氧化物纳米纤维，其中，退火温度为240-290℃，退火时长为3-8h。

步骤s104，利用真空蒸发镀膜机对所述包括有源层和氧化铝薄膜的衬底进行蒸镀，形成源极和漏极，获得场效应晶体管。所述源极和所述漏极的材质均为铝。

场效应晶体管的制备过程简单，阳极氧化只需要一个廉价易得的直流电源，并且弱酸性氧化溶液能够重复使用，整个过程在室温下即可进行。同时，静电纺丝设备工艺简单，生产效率高，这些优势有利于器件在消费电子中的应用。

本实施例通过上述方案，以铝片为衬底，在所述衬底表面氧化生成氧化铝，获得表面有氧化铝薄膜的铝片，将所述氧化铝薄膜作为介电层；将所述表面有氧化铝薄膜的铝片放置在静电纺丝装置的接收端，接收通过静电纺丝技术生成的金属氧化物复合纳米纤维；对所述金属氧化物复合纳米纤维进行照射和退火处理后获得金属氧化物纳米纤维，将所述金属氧化物纳米纤维作为有源层；利用真空蒸发镀膜机对所述包括有源层层和氧化铝薄膜的衬底进行蒸镀，形成源极和漏极，获得场效应晶体管。所述场效应晶体管的具有优良的机械柔性和防水性能。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。