在本发明的第四个示例性实施例中，还提供了另一种基于接触起电的背栅场效应 晶体管。图8为根据本发明第四实施例基于接触起电的背栅场效应晶体管的结构示意图。 请参照图8,本实施例与第三实施例的结构类似，区别仅在于：沟道层31由η型掺杂的Si材 料制备。
[0090] 本领域技术人员应当理解，本实施例背栅场效应晶体管的电流变化趋势与图7所 示的曲线相反，即随着可移动摩擦层和静止摩擦层距离的增大，流过沟道层的电流逐渐增 大。
[0091] 至此，已经结合附图对本发明四个实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域 技术人员应当对本发明基于接触起电的背栅场效应晶体管有了清楚的认识。
[0092] 此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形 状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0093] 综上所述，本发明基于接触起电的背栅场效应晶体管将摩擦发电机和金属-氧化 物-半导体场效应晶体管相结合，将摩擦发电机的一摩擦层与背栅场效应晶体管的栅极固 定或者将两者合为一个部件，利用外力使另一摩擦层与该摩擦层接触起电并产生栅极电势 作为门极门信号，实现对半导体中载流子输运特性的调控，具有调控特性良好、传感范围 大、易于制作和集成等优点，可广泛应用于传感器、人机交互、微机电系统、纳米机器人和柔 性电子学等领域，具有良好的应用前景。
[0094] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于接触起电的背栅场效应晶体管，其特征在于，包括： 导电基底（10); 绝缘层（20)，形成于所述导电基底（10)的正面； 场效应晶体管组件（30)，包括：沟道层（31)，形成于所述绝缘层（20)的上方；漏极 (32) 和源极（33)，形成于所述沟道层（31)的上方，两者之间隔开预设距离，并保持预设的 电势差；栅极（34)，形成于所述导电基底（10)的背面；以及 摩擦发电组件（40)，包括：静止摩擦层（41)，形成于所述栅极（34)的下表面；可移动 摩擦层（42)，与所述静止摩擦层（41)隔开预设距离相对设置；以及第二导电层（44)，形成 于所述可移动摩擦层（42)的外侧，其电性连接至所述源极（33); 其中，所述静止摩擦层（41)和可移动摩擦层（42)位于摩擦电极序的不同位置，在外力 的作用下，所述静止摩擦层（41)和可移动摩擦层（42)能够在分离状态和接触状态之间往 复切换。2. 根据权利要求1所述的背栅场效应晶体管，其特征在于： 在接触状态，所述静止摩擦层（41)和可移动摩擦层（42)相互接触，产生摩擦电荷； 在随后的分离状态，所述静止摩擦层（41)和可移动摩擦层（42)分开，所述摩擦电荷 使所述第二导电层（44)和源极（33)之间产生电势差，使所述第二导电层（44)与所述源极 (33) 之间产生电子流动，在所述源极（33)和栅极（34)之间产生电势差，改变所述沟道层 (31)的沟道宽度，从而调节所述源极（33)和漏极（32)之间电流大小。3. 根据权利要求1所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述静止摩擦层（41)和可 移动摩擦层（42)其中之一的材料为金属材料、金属合金材料或导电氧化物材料。4. 根据权利要求3所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述栅极（34)的材料为金 属材料、金属合金材料或导电氧化物材料，其兼做所述静止摩擦层（41)。5. 根据权利要求3所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述可移动摩擦层的材料 为金属材料、金属合金材料或导电氧化物材料，其兼做所述第二导电层（44)。6. 根据权利要求3所述的背栅场效应晶体管，其特征在于： 所述金属材料为：金、银、钼、铝、镍、铜、钛、铬； 所述导电氧化物材料为：氧化铟锡（ITO)或掺铝氧化锌（AZO); 所述金属合金材料为以下材料中的至少两种制成的合金：金、银、钼、铝、镍、铜、钛和 铬。7. 根据权利要求3所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述静止摩擦层和可移动 摩擦层其中另一的材料为绝缘材料或者半导体材料。8. 根据权利要求7所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘材料为以下材料 中的一种或几种：苯胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺11、聚酰胺6-6、羊毛及其编 织物、蚕丝及其织物、纸、聚乙二醇丁二酸酯、纤维素、纤维素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、 聚邻苯二甲酸二烯丙酯、再生纤维素海绵、棉及其织物、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丙烯腈共 聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木头、硬橡胶、醋酸酯、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙 烯醇、聚酯、聚异丁烯、聚氨酯弹性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、丁二 烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡胶、天然橡胶、聚丙烯腈、聚（偏氯乙烯-co-丙烯腈）、聚双酚A 碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚（2,6-二甲基聚亚苯基氧化物）、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙 烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、 聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、派瑞林，包括派瑞林C、派瑞林N、派瑞林D、派瑞林HT和派瑞林 AF4 ； 所述半导体材料为下列材料中的一种或几种：硅、锗、第III和第V族化合物、第II和 第VI族化合物、由III-V族化合物和II-VI族化合物组成的固溶体、玻璃半导体、有机半导 体、半导体氧化物和复杂氧化物。9. 根据权利要求1所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述可移动摩擦层（42)与 所述静止摩擦层（41)隔开预设距离，具体为： 在所述静止摩擦层（41)和可移动摩擦层（42)之间设置弹性部件（43); 或者，所述可移动摩擦层（42)和第二导电层（44)为弹性结构，在所述静止摩擦层（41) 与可移动摩擦层（42)之间设置弹性或者非弹性部件； 或者，在所述可移动摩擦层42和第二导电层44上设置连接部件，使所述移动摩擦层 (42)与所述静止摩擦层（41)隔开预设距离。10. 根据权利要求9所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述弹性部件为：弹性橡 胶部件、弹簧或简支梁结构。11. 根据权利要求1至10中任一项所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述导电衬 底（10)的电阻率小于〇. 1Ω·cm。12. 根据权利要求11所述的背栅场效应晶体管，其特征在于： 所述绝缘层（20)为SOI基板上层的Si02 ; 所述导电基底（10)为所述SOI基板下层的Si材料经η型或p型掺杂形成。13. 根据权利要求1至10中任一项所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层 (31)为ρ型掺杂或η型掺杂的半导体材料； 该Ρ型掺杂或η型掺杂的半导体材料的电阻率Ρ满足：1Ω·cm彡ρ彡100Ω·cm。14. 根据权利要求1至10中任一项所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层 (31) 的厚度h3满足：1μL?<h3 彡100μL?。15. 根据权利要求1至10中任一项所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述漏极 (32) 和源极（33)的材料为金属或非金属导体材料； 所述源极（33)和漏极（32)与沟道层的接触为欧姆接触或肖特基接触，所述源极（33) 接地，所述漏极的电压V满足：IV<V< 10V。16. 根据权利要求1至10中任一项所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述静止摩 擦层（41)和可移动摩擦层（42)隔开的预设距离L满足：0彡L彡800μm。17. 根据权利要求16所述的背栅场效应晶体管，其特征在于，所述静止摩擦层（41)和 可移动摩擦层（42)隔开的预设距离L满足：0 <L< 80μm。
【专利摘要】本发明提供了一种基于接触起电的背栅场效应晶体管。该背栅场效应晶体管包括：导电基底；绝缘层，形成于导电基底的正面；场效应晶体管组件，包括：沟道层、漏极、源极和栅极；以及摩擦发电组件，包括：静止摩擦层，形成于栅极的下表面；可移动摩擦层，与静止摩擦层隔开预设距离相对设置；以及第二导电层，形成于可移动摩擦层的外侧，其电性连接至源极；其中，静止摩擦层和可移动摩擦层位于摩擦电极序的不同位置，在外力的作用下，静止摩擦层和可移动摩擦层能够在分离状态和接触状态之间往复切换。本发明利用摩擦发电机产生的静电势作为背栅场效应晶体管的门极门信号，实现对半导体中载流子输运特性的调控。
【IPC分类】H01L29/423, H01L29/808
【公开号】CN105470313
【申请号】CN201410393613
【发明人】张弛, 唐伟, 张丽敏, 王中林
【申请人】北京纳米能源与系统研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2014年8月12日
【公告号】WO2016023490A1