摩擦电场效应晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于柔性电子学器件领域，特别是涉及一种摩擦电场效应晶体管。
【背景技术】
[0002] 场效应晶体管的核心技术是通过利用门电压来控制元件中的电流输运过程。虽然 场效应晶体管技术十分成熟，但鉴于器件单元的三端结构，通常需要比较复杂的集成手段， 并且基于此类技术制成的压力传感器件缺乏外界环境与电子器件直接作用交互的机制。
[0003] 纳米发电机是近年来的研究热点。其中，摩擦型发电机利用了摩擦起电和静电感 应的原理，将两种镀有电极的摩擦薄膜贴合在一起组成器件，在外力作用下器件产生机械 形变，导致两层薄膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差。两个金属极板作 为发电机的电能输出端，通过静电感应可以在表面生成感应电荷，感应电荷在摩擦电电势 驱动下流经外电路形成电流。摩擦型发电机的研制，既能作为微纳器件的功率源，又能作为 自供能主动式压力传感器，可为个人电子产品、环境监控、医学科学等提供自供电和自驱动 设备，有着巨大的商用和实用潜力，也将为柔性电子学的研究和应用开辟新的领域。但是， 所有的这些应用利用的都是纳米发电机对外电路输出的电信号，而单纯对其摩擦表面之间 形成的静电势都没有很好的利用方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种摩擦电场效应晶体管，将摩擦起电效应和半导体效应相 结合，利用摩擦引起的静电势作为门极门信号来实现对半导体中载流子输运特性的调控， 以减少传统晶体管中门电极的制备，实现机械压力与电子器件的直接交互，解决压电电子 晶体管对压电半导体材料的依赖和外力传感范围较小等问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种摩擦电场效应晶体管，包括：半导体层、在该半 导体层上分隔设置的源电极和漏电极、在该半导体层的相对两侧分别设置的第一电极层和 第二电极层，其特征在于，所述第一电极层与所述半导体层之间能够形成间距变化的相对 运动，所述第二电极层与所述半导体层之间保持欧姆接触；
[0006] 优选地，所述第一电极层和第二电极层之间电连接；
[0007] 优选地，所述半导体层为N型或P型半导体，选自锗、硅、砷化镓、磷化镓、硫化镉、 硫化锌和氧化锌；
[0008] 优选地，所述半导体层为体材料、薄膜、单根纳米线或纳米线阵列；
[0009] 优选地，所述半导体层中还包含源极区和漏极区，所述源极区和漏极区为与所述 半导体层形成P-N结的半导体，或，与所述半导体层形成肖特基接触的金属；所述源电极和 漏电极分别位于相互分隔的所述源极区和漏极区之上；
[0010] 优选地，在所述半导体层的部分上表面上覆盖有栅绝缘层，所述栅绝缘层位于所 述源极区和漏极区之间，并且与所述源极区和漏极区同时接触；
[0011] 优选地，所述栅绝缘层与所述第一电极层面对面，并且所述第一电极层与所述栅 绝缘层之间能够形成接触和分离的相对运动；
[0012] 优选地，所述第一电极层与栅绝缘层在接触时能够覆盖所述栅绝缘层的全部表 面，并且与所述源极区和漏极区不能接触；
[0013] 优选地，所述栅绝缘层面向所述第一电极层的表面材料，与，第一电极层面向栅绝 缘层的表面材料，具备不同的得失电子能力；
[0014] 优选地，所述半导体层为N型半导体，所述栅绝缘层面向所述第一电极层的表面 材料相对于所述第一电极层面向栅绝缘层的表面材料具有更强的得电子能力；或者，所述 半导体层为P型半导体，所述栅绝缘层面向所述第一电极层的表面材料相对于所述第一电 极层面向栅绝缘层的表面材料具有较弱的得电子能力；
[0015] 优选地，所述源极区和漏极区为金属，同时承担所述源电极和漏电极的功能；
[0016] 优选地，所述半导体层包括沟道层、与所述沟道层呈反型的阻碍层和在二者之间 形成的耗尽层，所述阻碍层与所述第一电极层面对面，所述耗尽层的初始跨度小于所述源 电极和漏电极之间的最小间距；
[0017] 优选地，所述源电极和所述漏电极均为金属材料，并且与所述沟道层形成欧姆接 触；
[0018] 优选地，所述第一电极层与所述阻碍层之间能够发生接触-分离式的相对运动；
[0019] 优选地，所述阻碍层为P型半导体、N型半导体或金属，所述沟道层为P型或N型 半导体；
[0020] 优选地，所述沟道层为体材料、薄膜、单根纳米线或纳米线阵列；
[0021] 优选地，还包括摩擦层，所述摩擦层延伸覆盖所述阻碍层的部分上表面，所述第一 电极层与所述摩擦层之间能够发生接触-分离式的相对运动；
[0022] 优选地，所述阻碍层为P型半导体，所述摩擦层面向第一电极层的表面相对于所 述第一电极层面向摩擦层的表面，具有更强的得电子能力；或者，所述阻碍层为N型半导 体，所述摩擦层面向第一电极层的表面相对于所述第一电极层面向摩擦层的表面，具有较 弱的得电子能力；或者，所述阻碍层为金属，所述沟道层为P型半导体，所述摩擦层面向第 一电极层的表面相对于所述第一电极层面向摩擦层的表面，具有较弱的得电子能力；或者， 所述阻碍层为金属，所述沟道层为N型半导体，所述摩擦层面向第一电极层的表面相对于 所述第一电极层面向摩擦层的表面，具有更强的得电子能力；
[0023] 优选地，所述摩擦层为多层结构，其中与所述阻碍层接触的一侧为金属层，而与第 一电极层面对面的一侧为绝缘层或半导体层；
[0024] 优选地，所述第一电极层含有导电材料，所述导电材料选自金属、合金以及导电氧 化物；
[0025] 优选地，所述第一电极层为多层结构，其上表面为导电材料，面向所述栅绝缘层、 所述沟道层或所述摩擦层的下表面为绝缘材料或半导体材料；
[0026] 优选地，所述绝缘材料选自：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚二苯基 丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺、三聚氰 胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯 丙酯、再生纤维海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纤维、 聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚 乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、氯丁橡胶、丁二烯丙烯共聚物、天然橡胶、聚丙烯腈、聚（偏氯乙 烯-CO-丙烯腈）、聚乙烯丙二酚碳酸盐，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分 子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林；所述半导体材料选自：硅、锗、第III和第V族化合物、 第II和第VI族化合物、以及由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的固溶体；
[0027] 优选地，所述第一电极层面向所述栅绝缘层、所述沟道层或所述摩擦层的表面，和 /或，所述栅绝缘层面、所述沟道层或所述摩擦层向所述第一电极层的表面，全部或部分设 置有微纳结构，所述微纳结构选自纳米线，纳米管，纳米颗粒，纳米沟槽、微米沟槽，纳米锥、 微米锥、纳米球和微米球状结构，以及由上述结构形成的阵列；
[0028] 优选地，所述第一电极层与所述栅绝缘层、所述沟道层或所述摩擦层具