包括石墨烯和量子点的电子装置的制造方法_2

文档序号:9515832阅读:来源:国知局
中相同的参考标记在不同的视图中始终指的是相同的部件。附图不必按比例,而是强调示出发明构思的原理。附图中:
[0042]图1是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0043]图2A至2C是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0044]图3是包括多个图1所示的电子装置的电子装置阵列的示意截面图;
[0045]图4A至4D是示出图1的电子装置的制造工艺的示意截面图;
[0046]图5是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0047]图6是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0048]图7A至7C是根据示例实施方式的不同电子装置的示意截面图;
[0049]图8A和8B是示出在图7A的电子装置中形成量子点层的工艺的示意截面图;
[0050]图9A和9B是示出在图7B的电子装置中形成量子点层的工艺的示意截面图;
[0051]图10是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0052]图11是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0053]图12是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0054]图13是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图;
[0055]图14是图13的电子装置的等效电路图;
[0056]图15A至15D是示出根据示例实施方式的图13的电子装置的制造工艺的示意截面图;和
[0057]图16A和16B是根据示例实施方式的电子装置的示意截面图。
【具体实施方式】
[0058]现在将参考附图更充分地描述示例实施方式,在附图中示出一些示例实施方式。然而,示例实施方式可以以许多不同的形式实现且不应理解为限于在此阐述的实施方式;而是,提供这些示例实施方式使得此公开将彻底和完整,这些示例实施方式将向本领域的一般技术人员充分地传达发明构思的示例实施方式的范围。在附图中,为了清晰夸大了层和区域的厚度。在附图中相同的附图标记和/或标号表示相同的元件,因此可以省略对它们的描述。
[0059]应当理解的是,当元件被称为“连接到”或“联接到”另一元件时,它能够直接连接或联接到另一元件或者可以存在中间元件。相反,当元件被称为“直接连接到”或“直接联接到”另一元件时,不存在中间元件。用于描述元件或层之间的关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如,“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”、“在...上”与“直接在...上”)。这里使用的术语“和/或”包括相关列举项目的一个或更多的任何和所有组合。
[0060]可以理解虽然术语“第一”、“第二”等可以用于此来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分。这些元件、部件、区域、层和/或部分应不受这些术语限制。这些术语只用于区分一个元件、部件、区域、层或部分与其他元件、部件、区域、层或部分。因此,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分,而不背离示例实施方式的教导。
[0061]在这里为了描述的方便,可以使用空间相对术语,诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等,来描述一个元件或特征和其他元件或特征如图中所示的关系。可以理解空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外的装置在使用或操作中的不同方向。例如,如果在图中的装置被翻转,被描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件则应取向在所述其他元件或特征的“上方”。因此,术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。装置也可以有其它取向(旋转90度或其它取向)且相应地解释这里所使用的空间相对描述语。
[0062]这里所使用的术语是只为了描述具体的实施方式的目的且不旨在限制示例实施方式。如这里所用,单数形式“一”和“该”也旨在包括复数形式,除非内容清楚地指示另外的意思。可以进一步理解,当在此说明书中使用时,术语“包括”和/或“包含”说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组分的存在,但是不排除存在或添加一个或更多其他特征、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其组。诸如“至少一个”的表述当在一列元件之前时,修饰整列元件而不修饰这一列中的单独元件。
[0063]参考横截面图示在这里描述了示例实施方式,该图示是示例实施方式的理想实施方式(中间结构)的示意图。因此,可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此,示例实施方式不应解释为限于这里所示的具体的区域形状,而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如,被示为矩形的注入区将通常具有修圆或弯曲的特征和/或在其边缘具有注入浓度的梯度而不是从注入区到非注入区的二元变化。相似地,由注入形成的埋入区可以引起埋入区和通过其进行注入的表面之间的区域中的某些注入。因此,图中示出的区域本质上是示意性的且它们的形状不旨在示出区域的真实形状且不旨在限制示例实施方式的范围。
[0064]除非另有界定,这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同的意思。还可以理解诸如那些在通用词典中定义的术语应解释为具有与它们在相关技术的背景中的涵义一致的涵义,而不应解释为理想化或过度形式化的意义,除非在这里明确地如此界定。
[0065]图1是根据示例实施方式的电子装置100的示意截面图。参考图1,电子装置100包括基板101、设置在基板101上的栅电极102、设置在栅电极102上的栅绝缘层103、设置在栅绝缘层103上的石墨烯层104、设置在石墨烯层104的部分区域上的量子点层105、设置在量子点层105上的漏电极108、以及设置在石墨烯层104上的源电极109。另外,电子装置100可进一步包括设置在量子点层105和石墨烯层104之间的第一传输层106以及设置在量子点层105和漏电极108之间的第二传输层107。
[0066]基板101可以由诸如玻璃、蓝宝石和/或塑料材料形成,但是示例实施方式不限于此。如果期望,基板101可以由可透射光诸如可见光、紫外光和红外光的透明材料形成。此夕卜,在示例实施方式中,电子装置100可以不包括基于硅的半导体材料,因此可以制造成柔性的。在此情况下,基板101可以由具有柔性或弹性的材料形成。然而,电子装置100不需要基板101,基板101可以在完成电子装置100的制造之后被去除。
[0067]栅电极102、漏电极108和源电极109可以由具有导电率的任意类型的材料形成。例如,栅电极102、漏电极108和源电极109可以由金属、导电金属氧化物或石墨烯形成。栅电极102和漏电极108可以由透明导电材料形成,使得光可以入射到量子点层105或从量子点层105发出。栅电极102和漏电极108可以是由透明导电氧化物形成的透明电极。例如,栅电极102和漏电极108可以由铟锡氧化物(ΙΤ0)、铟锌氧化物(ΙΖ0)、铝锌氧化物(ΑΖ0)或镓锌氧化物(GZ0)形成。栅电极102和漏电极108可以由相同材料或不同材料形成。
[0068]栅绝缘层103可以由普通半导体晶体管的栅极绝缘材料形成,例如,Si02、SiNx、f02、A1203、La203、Zr02、HfS1、HfS1N、HfLaO、LaAlO 和 SrT1。此外,栅绝缘层 103 可以由六方晶系的二维材料诸如六方BN(h-BN)形成,以便提高与石墨烯层104的联接性能。如果栅绝缘层103包括h-BN,在栅电极102上的h-BN栅绝缘层103和石墨烯层104可以以直接生长法顺序地形成,或可以以普通的转移法顺序地形成。
[0069]量子点层105包括多个量子点。量子点是具有量子限制效应的尺寸的颗粒。例如,量子点层105可包括化合物半导体(例如,II1-V族半导体、II族半导体)的颗粒和/或IV族半导体的颗粒。量子点可以由无机半导体形成。例如,量子点层105可包括由InP、PbS、CdTe、CdSe、ZnS和/或CdS形成的颗粒,但是示例实施方式不限于此。每个量子点可具有例如大约4nm至大约20nm的直径,但是不限于此。此外,在量子点层105中,每个量子点可具有单个结构或芯壳型的双结构。已经提出了具有不同的芯壳结构的量子点,例如,CdSe/AsS.CdTe/CdSe和CdSe/ZnS结构。此外,量子点层105中的每个量子点可具有中空的球壳形状,诸如石墨烯量子点。根据量子点的材料、尺寸和结构可以获得不同的带隙。因此,量子点的材料、尺寸和结构可以根据期望的发射波长或吸收波长而选择。
[0070]在图1中,在量子点层105中,多个量子点布置成单层;然而,示例实施方式不限于此。多个量子点可以布置成多层结构。在其中量子点布置成多层结构的量子点层105可具有大约200nm或更小的厚度。量子点可以通过利用印章(stamp)诸如聚二甲基娃氧烧(PDMS)印章而容易地从另一基板(未示出)转移到石墨烯层104上。量子点可以通过利用PDMS印章在石墨烯层104上以期望的图案层叠一层。因此,量子点层105可以形成单层或多层结构。
[0071]如图1所示,量子点层105可以仅设置在石墨烯层104的部分区域上。另外,漏电极108可以设置为电接触量子点层105,源电极109可以设置为电接触石墨烯层104。例如,源电极109可以直接设置在石墨烯层104的其上没有形成量子点层105的剩余区域上。
[0072]设置在量子点层105和石墨烯层104之间的第一传输层106以及设置在量子点层105和漏电极108之间的第二传输层107可帮助电子或空穴的传输。例如,一般用于有机发光装置(0LED)中的电子传输层或空穴传输层的材料,例如,NPB或Alq3,可以用于形成第一传输层106和第二传输层107。此外,通过利用原子层沉积(ALD)法形成的A1203或h_BN可以用作第一传输层106和第二传输层107。
[0073]在根据示例实施方式的电子装置100中,当栅极电压施加到栅电极102同时在漏电极108和源电极109之间施加一电压时,在漏电极108和源电极109之间流动的电流可以根据栅极电压而被调节。从这一点看,根据示例实施方式的电子装置100的操作原理可等同于垂直石墨烯异质结构晶体管的操作原理。例如,电流可通过石墨烯层104和量子点层105从源电极109流到漏电极108。在此,电流的流动可以由栅电极102调节,也就是说,石墨烯层104的功函数根据施加到栅电极102的栅极电压而改变从而调节石墨烯层104和量子点层105之间的能量势皇。如果栅电极102增大了能量势皇,则更少的电流流动,如果相反,则更多的电流流动。
[0074]因此,在示例实施方式中,石墨烯层104和量子点层105起电子装置100的沟道层的作用。因此,漏电极108和源电极109分别电接触包括石墨烯层104和量子点层105的沟道层。另外,栅绝缘层103设置在栅电极102和沟道层之间。栅电极102可控制经由包括石墨烯层104和量子点层105的沟道层在漏电极108和源电极109之间流动的电流。
[0075]另外,根据示例实施方式的电子装置100可根据布置在量子点层105中的多个量子点的材料而运行为η型或p型。S卩,如果量子点是η型,则电子装置100运行为η型晶体管,如果量子点是Ρ型,则电子装置100可运行为ρ型晶体管。η型量子点可以由例如InP、CdS和(MSe形成,导带可在从大约4eV至大约4.5eV的范围,其小于石墨
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