本发明涉及新型材料技术领域，尤其涉及一种薄膜晶体管、检测装置及其检测压力或光照的方法。
背景技术
近年来，随着人工智能、可穿戴电子设备、物联网的快速发展，传感器检测设备得到了越来越多的关注，并对传感器的性能要求也越来越高，使研究方向向多类型，可柔性，小尺寸等方向发展。其中，光学和力学传感器由于可以感知光学和力学信号的变化，在智能仿生机器人，可穿戴等领域应用广泛。
然而，传统的光学和力学传感器的基本结构、工艺和性能，很难达到人们在人工智能或可穿戴电子领域的要求；尤其是对于差异性比较小的光信号和压信号，传统的传感器很难进行分辨。因此，发展新型符合性能要求的高精度光学和力学传感器件，成为现如今光学和力学传感器发展的一个重要方向。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种薄膜晶体管、检测装置及其检测压力或光照的方法，用以提高薄膜晶体管的感光性能和感压性能，从而有利于提高检测压力或光照时的精度。
本发明实施例提供了一种薄膜晶体管，包括衬底基板，设置在所述衬底基板之上的半导体层、栅极和源漏极，所述半导体层的材料包括二碲化钼。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述栅极的材料为石墨烯；和/或，所述源漏极的材料为石墨烯。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述薄膜晶体管包括：至少两组源漏极。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述薄膜晶体管包括第一组源漏极和第二组源漏极，所述第一组源漏极包括第一源极和第一漏极，所述第二组源漏极包括第二源极和第二漏极；
所述第一源极、第一漏极和所述半导体层组成第一沟道；
所述第二源极、第二漏极和所述半导体层组成第二沟道。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，所述薄膜晶体管为顶栅结构，所述薄膜晶体管还包括：设置在所述栅极和所述半导体层之间的栅极绝缘层；
所述栅极绝缘层的材料为氧化铝。
第二方面，本发明实施例还提供了一种检测装置，用于检测压力或光照，所述检测装置包括本发明实施例提供的上述任一种的薄膜晶体管；
所述薄膜晶体管的栅极与控制端电连接，所述薄膜晶体管的源极与检测信号端电连接，所述薄膜晶体管的漏极与输出端电连接。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述检测装置中，所述薄膜晶体管包括两组源漏极，所述检测信号端包括第一检测信号端和第二检测信号端，所述输出端包括第一输出端和第二输出端；
所述薄膜晶体管的第一源极与所述第一检测信号端电连接，所述薄膜晶体管的第一漏极与所述第一输出端电连接；所述薄膜晶体管的第二源极与所述第二检测信号端电连接，所述薄膜晶体管的第二漏极与所述第二输出端电连接。
第三方面，本发明实施例还提供了一种采用本发明实施例提供的检测装置检测压力或光照的方法，该方法包括：
发送控制信号给控制端，以及发送检测信号给检测信号端；
接收输出端输出的感测信号，所述感测信号为所述检测装置在受到压力或者光照作用后使半导体层的载流子迁移率变化而得到的信号；
根据所述检测信号和感测信号，确定压力大小或光照强度。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述方法中，根据所述检测信号和感测信号，确定压力大小或光照强度，包括：
根据所述检测信号、第一输出端输出的第一感测信号，确定压力大小或光照强度；或者，
根据所述检测信号、第二输出端输出的第二感测信号，确定压力大小或光照强度。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述方法中，该方法还包括：
发送第二控制信号给所述控制端；
根据所述检测信号和感测信号，确定压力大小或光照强度，包括：
控制信号为第一控制信号时，根据所述检测信号、第一输出端输出的第一感测信号，确定第一感应值；
控制信号为第二控制信号时，根据所述检测信号、第二输出端输出的第二感测信号，确定第二感应值；
根据所述第一感应值和第二感应值，确定压力大小或光照强度。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的薄膜晶体管、检测装置及其检测压力或光照的方法中，薄膜晶体管的半导体层采用二碲化钼进行制作，由于二碲化钼具有很好的感光和感压性能，从而使得本发明中的薄膜晶体管在受到压力或光照时，由二碲化钼形成的半导体层的载流子的迁移率发生变化，进一步影响了薄膜晶体管的开关特性，从而适用于制作灵敏器件。因此本发明中的薄膜晶体管具有良好的感光和感压性能，有利于提高检测压力或光照时的精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图；
图2a和图2b分别为本发明实施例提供的半导体层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第二种薄膜晶体管的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种检测装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的第二种检测装置的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种采用检测装置检测压力或光强的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系，某些部位的层厚采用了夸示的绘图方式以便于理解，附图中的层厚并不代表实际层厚的比例关系。
需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
本发明提供一种薄膜晶体管、检测装置及其检测压力或光照的方法，用以提高薄膜晶体管的感光性能和感压性能，从而有利于提高检测压力或光照时的精度。
参见图1，本发明实施例提供的一种薄膜晶体管，包括衬底基板00，设置在衬底基板00之上的半导体层01、栅极02和源漏极03，半导体层的材料包括二碲化钼mote2。
需要说明的是，薄膜晶体管可以为顶栅型结构或者底栅形结构，在此不做具体限定。本发明中仅以顶栅型薄膜晶体管为例进行解释说明，但不仅限于此结构。图1、图2a、图2b和图3仅以顶栅型结构进行示意。
本发明中薄膜晶体管的半导体层采用mote2进行制作，由于mote2具有很好的感光和感压性能，从而使得本发明中的薄膜晶体管在受到压力或光照时，由mote2形成的半导体层的载流子迁移率发生变化，进一步影响了薄膜晶体管的开关特性，从而适用于制作灵敏器件。因此本发明中的薄膜晶体管具有良好的感光和感压性能，有利于提高检测压力或光照时的精度。另外，由于mote2为单层二维材料，具有超薄特性，因此由mote2形成的半导体层的膜层较薄，进一步减小了薄膜晶体管的厚度。
在具体实施中，参见图1，薄膜晶体管还包括：设置在栅极02和半导体层01之间的栅极绝缘层04；设置在衬底基板00和半导体层01之间的mote2保护层05；以及设置在栅极02和源漏极03之间的绝缘层06。其中，源漏极03分别通过贯穿绝缘层06和栅极绝缘层04的过孔与半导体层01电连接。其中，mote2保护层05可以采用siox制作，用于保护半导体层，避免其被破坏。
为了提高栅极绝缘层04的介电常数，本发明中，栅极绝缘层的材料为氧化铝。例如，栅极绝缘层的材料包括al2o3，当然还可以包括其他高介电常数的绝缘材料，在此不做具体限定。由于al2o3材料为超薄材料，al2o3形成的栅极绝缘层进一步减少了薄膜晶体管的厚度。
在具体实施中，本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，栅极的材料为石墨烯；和/或，源漏极的材料为石墨烯。石墨烯具有较高的载流子迁移率，将栅极和/或源漏极采用石墨烯制作，进一步增加了薄膜晶体管的开关特性，提高了薄膜晶体管检测压力或光照的灵敏度。
本发明中栅极采用石墨烯制作，由于石墨烯具有较高的载流子迁移率，从而使得栅极在低电压下薄膜晶体管即可导通，降低了薄膜晶体管的功耗；另外，石墨烯为超薄材料，栅极采用石墨烯制作进一步减少了薄膜晶体管的厚度。源漏极采用石墨烯制作，由于石墨烯具有较高的载流子迁移率，从而提高了半导体层的载流子迁移率，进一步提高了薄膜晶体管的开关性能；另外，石墨烯为超薄材料，源漏极均采用石墨烯制作进一步减少了薄膜晶体管的厚度。因此，本发明中将栅极和/或源漏极采用石墨烯制成，提高了薄膜晶体管半导体层载流子的迁移率，以及薄膜晶体管的开关性能，还减少了薄膜晶体管的厚度以及薄膜晶体管的尺寸。
本发明中半导体层采用mote2制作，栅极、源漏极均采用石墨烯制作，在制作过程中可以采用化学气相沉积的工艺在衬底基板上形成。如，在衬底基板上采用化学气相沉积工艺形成mote2薄膜，经过构图工艺形成半导体层；然后在半导体层上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层之上采用化学气相沉积工艺形成石墨烯膜层，经过构图工艺形成栅极的图形；形成绝缘层；形成贯穿绝缘层和栅极绝缘层的过孔，采用化学气相沉积工艺在过孔处形成源极和漏极的图形，其中形成过孔可以采用干刻工艺。
在具体实施中，本发明实施例提供的上述薄膜晶体管中，薄膜晶体管包括：至少两组源漏极。具体地，当施加在薄膜晶体管栅极的驱动电压在第一预设范围内时(-10～2.5v)，由mote2组成的半导体层的结构为六方晶相结构，如图2a所示；当施加在薄膜晶体管栅极的驱动电压在第二预设范围内时，由mote2组成的半导体层的结构为单斜晶相结构(2.5～10v)，如图2b所示。其中，第一预设范围可以在-10～2.5v之间的任一区间范围；第二预设范围为2.5～10v之间的任一区间范围。本发明中半导体层在不同的驱动电压下可实现六方晶相和单斜晶相的相转，由于相转的改变会使得载流子迁移率的方向改变，因此本发明的薄膜晶体管中包括至少两组源漏极，使得载流子在不同驱动电压下进行不同方向的迁移。本发明中载流子迁移率方向改变仅代表某一个方向上载流子迁移率明显大于另一个方向上载流子迁移率。
需要说明的是，一个薄膜晶体管中可以包括两组源漏极或者多于两组源漏极，在薄膜晶体管的栅极施加驱动电压后，每组源漏极均导通，但不同组源漏极中载流子迁移率的大小不同。例如，薄膜晶体管包括两组源漏极，施加在栅极的驱动电压在第一预设范围内，半导体层的结构为六方晶相，则第一组源漏极通过半导体层相互导通，第二组源漏极通过半导体层相互导通，且第一组源漏极所对应的方向上迁移率大于第二组源漏极所对应的方向上的迁移率。或者，施加在栅极的驱动电压在第二预设范围内，半导体层为单斜晶相，则第一组源漏极所对应的方向上迁移率小于第二组源漏极所对应的方向上的迁移率。
在具体实施中，为了进一步描述薄膜晶体管的结构，下面以一个薄膜晶体管包括两组源漏极为例进行示意说明。
参见图3，图3为薄膜晶体管的俯视示意图，薄膜晶体管包括第一组源漏极031和第二组源漏极032，第一组源漏极031包括第一源极0311和第一漏极0312，第二组源漏极032包括第二源极0321和第二漏极0322；第一源极0311、第一漏极0312和半导体层01组成第一沟道；第二源极0321、第二漏极0322和半导体层01组成第二沟道。本发明中第一沟道是指在栅极施加驱动电压后，第一源极0311和第一漏极0312之间的半导体层01载流子的迁移方向；第二沟道是指在栅极施加驱动电压下，第二源极0321和第二漏极0322之间的半导体层01载流子的迁移方向。在栅极施加驱动电压，第一源极0311和第一漏极0312通过第一沟道导通，第一源极0311施加第一电压信号，则第一漏极0312输出第一电流信号；第二源极0321和第二漏极0322通过第二沟道导通，第二源极03121施加第一电压信号，则第二漏极0322输出第二电流信号。当驱动电压在第一预设范围内，半导体层的结构为六方晶相，第一沟道的载流子迁移率大于第二沟道的载流子迁移率，则第一电流信号大于第二电流信号；当驱动电压在第二预设范围内，半导体层的结构为单斜晶相，第一沟道的载流子迁移率小于第二沟道的载流子迁移率，则第一电流信号小于第二电流信号。因此，本发明提供的薄膜晶体管在同一驱动电压下，半导体层载流子具有多个迁移方向，且不同迁移方向上的迁移率不同。
具体地，当薄膜晶体管包括至少两组源漏极时，半导体层的载流子在多个方向上迁移，使得薄膜晶体管的源漏极在多个方向上导通；在同一驱动电压下，半导体层的载流子在多个方向上的迁移率不同，使得薄膜晶体管在不同方向上的检测精度不同。例如，当驱动电压相同，第一源极和第二源极的输入电压相同，若第一沟道中的载流子迁移率高于第二沟道中的载流子迁移率，则第一漏极输出的电流值大于第二漏极输出的电流值，当压力较小或光照微弱时，则第一漏极输出的电流值则可以感应到压力的变化或者光照的变化。显然，第一组源漏极检测压力或光照的精度更好。
需要说明的是，本发明中每一组源漏极设置在半导体层的位置本发明不做具体限定。
综上，本发明实施例提供的薄膜晶体管，半导体层由二碲化钼组成，提高了薄膜晶体管的感光特性和感压特性；薄膜晶体管的栅极和/或源漏极由石墨烯组成，减少了薄膜晶体管的厚度以及减少了薄膜晶体管的尺寸；由于石墨烯具有较高的载流子迁移率，减少了薄膜晶体管的功耗，因此，本发明的薄膜晶体管为低伏器件，符合人工智能等领域对功耗的要求；薄膜晶体管中包括多组源漏极，半导体层的载流子在多个方向上迁移，使得薄膜晶体管的源漏极在多个方向上导通；在同一驱动电压下，半导体层的载流子在多个方向上的迁移率不同，使得薄膜晶体管在不同方向上的检测精度不同。
基于同一发明思想，本发明实施例还提供了一种检测装置，用于检测压力或光照，检测装置包括本发明实施例提供的上述任一种的薄膜晶体管；参见图4，薄膜晶体管t的栅极与控制端v1电连接，薄膜晶体管t的源极与检测信号端v2电连接，薄膜晶体管t的漏极与输出端output电连接。其中，控制端v1用于接收驱动信号，检测信号端v2用于接收检测压力或光照的检测信号，输出端output输出在压力或光照影响下的检测信号转变后的电流信号。通过电流信号和检测信号，进一步确定压力的大小或者光照的强度。
本发明提供的检测装置包括上述实施例中的薄膜晶体管，因此本发明的检测装置包括上述薄膜晶体管的任一有益效果。即：由于薄膜晶体管的感光特性和感压特性，提高了本发明检测装置检测压力或光照的精度；由于薄膜晶体管的厚度和尺寸均较小，进一步减少了检测装置的尺寸和厚度，使得该检测装置可以应用在可穿戴电子、光学检测器和人工智能等领域；由于薄膜晶体管为多个方向导通且不同方向上载流子迁移率不同，使得本发明的检测装置可以多方向检测压力或光照，提高了检测装置的精度。
在具体实施中，本发明实施例提供的上述检测装置中，参见图5，薄膜晶体管包括两组源漏极，检测信号端v2包括第一检测信号端v21和第二检测信号端v22，输出端output包括第一输出端output1和第二输出端output2；薄膜晶体管的第一源极与第一检测信号端v21电连接，薄膜晶体管的第一漏极与第一输出端output1电连接；薄膜晶体管的第二源极与第二检测信号端v22电连接，薄膜晶体管的第二漏极与第二输出端output2电连接。
具体地，在控制端v1施加驱动电压，且在第一检测信号端v21施加检测信号后，第一输出端output1通过在压力或光照的作用下产生感测信号并输出，根据感测信号和检测信号检测压力的大小或光照的强度。例如，若没有压力或者光照的影响，第一输出端output1输出初始感测信号，当受到压力或光照的影响后，第一输出端output1输出第一感测信号，则根据初始感测信号、检测信号和第一感测信号确定压力的大小或者光照的强度。
同理，在控制端v1施加驱动电压，且在第二检测信号端v22施加检测信号后，第二输出端output2通过在压力或光照的作用下产生感测信号并输出，根据感测信号和检测信号检测压力的大小或光照的强度。
另外，若压力较小或光照强度较低时，可能造成初始感测信号和第一感测信号相近，而检测不到感测信号的差异。因此为了增加检测装置的检测精度，还可以根据第一输出端output1和第二输出端output2输出的感测信号确定压力的大小或光照强度。例如，若施加在控制端v1的驱动电压在第一预设范围内，薄膜晶体管的半导体层的第一沟道的载流子迁移率大于第二沟道的载流子迁移率，因此，仅记录第一输出端output1输出第一感测信号；增加或减小施加在控制端v1的驱动电压，使得驱动电压在第二预设范围内，薄膜晶体管的半导体层的第一沟道的载流子迁移率小于第二沟道的载流子迁移率，仅记录第二输出端output1输出第二感测信号；根据上述第一感测信号和第二感测信号，以及初始感测信号确定压力的大小或光照强度。根据该方法检测压力或光照，能检测微弱的光照或压力，从而提高了检测装置的检测精度。
需要说明的是，本发明中的检测装置可以为传感器，或者其他需要检测压力或光照的器件。另外，本发明中薄膜晶体管的源极和漏极中的任一端均可以与输出端电连接。本发明中的检测装置具有多方向高精度检测压力或光照的能力，更能满足人工智能等领域的发展需求。
基于同一发明思想，本发明实施例还提供了一种采用本发明实施例提供的检测装置检测压力或光照的方法，参见图6，该方法包括：
s601、发送第一控制信号给控制端，以及发送检测信号给检测信号端；
s602、接收输出端输出的感测信号，感测信号为检测装置在受到压力或者光照作用后使半导体层的载流子迁移率变化而得到的信号；
s603、根据检测信号和感测信号，确定压力大小或光照强度。
本发明中第一控制信号为驱动薄膜晶体管栅极的驱动电压；本发明中的感测信号为薄膜晶体管源极或漏极输出的电流信号；本发明中的检测信号为提供给薄膜晶体管源极或漏极的输入电压信号。
具体地，当薄膜晶体管仅包括一组源漏极时，检测装置仅包括一个检测信号端和一个输出端，则通过检测信号和输出端输出的感应信号即可确定压力大小或光照强度。
在具体实施中，当薄膜晶体管包括两组源漏极，即检测装置包括两个信号检测端和两个输出端时，本发明实施例提供的上述方法中，根据检测信号和感测信号，确定压力大小或光照强度，包括：根据检测信号、第一输出端输出的第一感测信号，确定压力大小或光照强度；或者，根据检测信号、第二输出端输出的第二感测信号，确定压力大小或光照强度。
在具体实施中，当薄膜晶体管包括两组源漏极，即检测装置包括两个信号检测端和两个输出端时，且压力较小或光照较弱时，本发明实施例提供的上述方法中，该方法还包括：发送第二控制信号给控制端；
根据检测信号和感测信号，确定压力大小或光照强度，包括：
控制信号为第一控制信号时，根据检测信号、第一输出端输出的第一感测信号，确定第一感应值；控制信号为第二控制信号时，根据检测信号、第二输出端输出的第二感测信号，确定第二感应值；根据第一感应值和第二感应值，确定压力大小或光照强度。
其中，本发明中第一控制信号和第二控制信号均为驱动薄膜晶体管的栅极驱动电压，第一控制信号下薄膜晶体管的半导体层为六方晶相结构，第二控制信号下薄膜晶体管的半导体层为单斜晶相结构。因此，当压力小或光照微弱时，通过改变施加在栅极的驱动电压，使得薄膜晶体管的载流子迁移方向改变，进一步通过两个方向上检测到的感测信号，检测压力的大小或光照的强度。
因此，采用本发明的检测装置检测压力或光照时，可以采用多种方式进行检测。方法一，当压力较大或者光照较强时，根据第一检测信号端输入端的检测信号和第一输出端输出的第一感测信号，确定压力大小或光照强度。或者，根据第二检测信号端输入端的检测信号和第二输出端输出的第二感测信号，确定压力大小或光照强度。方法二、当压力变化较小或光照较微弱时，施加第一控制信号给控制端，确定第一输出端输出的第一感测信号；施加第二控制信号给控制端，确定第二输出端输出的第二感测信号；根据第一感测信号和第二感测信号，确定压力大小或光照强度。
综上所述，本发明实施例提供的薄膜晶体管、检测装置及其检测压力或光照的方法中，薄膜晶体管的半导体层采用二碲化钼进行制作，由于二碲化钼具有很好的感光和感压性能，从而使得本发明中的薄膜晶体管在受到压力或光照时，由二碲化钼形成的半导体层的载流子迁移率发生变化，进一步影响了薄膜晶体管的开关特性，从而适用于制作灵敏器件。因此本发明中的薄膜晶体管具有良好的感光和感压性能，有利于提高检测压力或光照时的精度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。