一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管薄膜晶体管，包括衬底，设置于衬底上的栅极，设置于栅极表面的有机绝缘层，设置于所述有机绝缘层上的半导体层，设置于所述半导体层上的源极和漏极，所述半导体层为依次设置的聚3-己基噻吩层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合层，所述聚3-己基噻吩层设置于绝缘层与碳纳米管聚3-己基噻吩混合层之间。本发明专利技术的碳纳米管聚3-己基噻吩混合层中的半导体性碳纳米管的含量较高，基本避免了含有金属性碳纳米管，保证了薄膜晶体管的电学性能。而且，所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层与所述聚3-己基噻吩层通过π-π键连接，形成碳纳米管薄膜晶体管的半导体层立体通道，从而使制得的碳纳米管薄膜晶体管具有了较高的电学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法
本专利技术涉及薄膜晶体管领域，特别涉及一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。例如高电流密度(超过109A/cm2)、出色的热导率(约6600W/m·K)和高光透明度(超过90％)。由于这些显著的性质，人们把碳纳米管，特别是单壁纳米管，用于薄膜晶体管中。现有的碳纳米管薄膜晶体管一般采用重掺硅片进行制作。具体如图1所示，碳纳米管薄膜晶体管以硅片作为衬底及栅极，所述硅片上设置一层二氧化硅作为栅极绝缘层；于栅极绝缘层上再设置一层碳纳米管作为半导体层，最后在碳纳米管制成的有源层上制作源极和漏极。由于目前碳薄膜晶体管仍处于研发阶段，为了保证其器件性能，采用了刚性衬底，阻碍了其在柔性器件中的应用。而且，现有方法制备的单壁碳纳米管中，约三分之二的碳纳米管为半导体性，约三分之一的碳纳米管为金属性，两者共存大大限制了薄膜晶体管的电学性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种碳纳米管薄膜晶体管及其制备方法，所述碳纳米管薄膜晶体管具有较高的电学性能。本专利技术公开了一种碳纳米管薄膜晶体管，包括衬底，设置于衬底上的栅极，设置于所述栅极表面的有机绝缘层，设置于所述有机绝缘层上的半导体层，设置于所述半导体层上的源极和漏极，所述半导体层为依次设置的聚3-己基噻吩层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合层，所述聚3-己基噻吩层设置于有机绝缘层与碳纳米管聚3-己基噻吩混合层之间。优选的，所述衬底为柔性衬底。优选的，所述柔性衬底为丝素蛋白柔性衬底。优选的，所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层由聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管制成。优选的，所述聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管中，所述半导体性碳纳米管质量含量占全部碳纳米管的99.9％以上。本专利技术还公开了一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：制备衬底；在所述衬底上制备栅极；在所述栅极表面形成有机绝缘层；在所述有机绝缘层上制备聚3-己基噻吩层；所述聚3-己基噻吩层上制备碳纳米管聚3-己基噻吩混合层；在所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层上形成源极和漏极，得到碳纳米管薄膜晶体管。优选的，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，真空退火，然后在室温真空条件下静置。优选的，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，在25～240℃下真空退火5～15分钟，然后在室温真空条件下静置。优选的，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，在25～240℃下真空退火5～15分钟，然后在室温真空条件下静置20～30小时。优选的，所述制备碳纳米管聚3-己基噻吩混合层的方法为：将单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中，超声混合后，离心分离，得到聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管；将聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管溶于有机溶剂后，涂覆在聚3-己基噻吩层表面，干燥后，得到碳纳米管聚3-己基噻吩混合层。优选的，所述制备聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管的方法包括：将单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中，超声混合后，离心分离，所述离心的转速为13000～15000转，离心时间为5～10分钟，得到聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管，其中所述半导体性碳纳米管质量含量占全部碳纳米管的99.9％以上。优选的，所述单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩的体积比(8～15)：1。优选的，所述制备衬底的方法为：在弹性橡胶上利用溶液法制备丝素蛋白柔性衬底。优选的，还包括，在制备形成源极和漏极后，剥离弹性橡胶。与现有技术相比，本专利技术的碳纳米管薄膜晶体管以聚3-己基噻吩层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合层共同构成半导体层。其中，碳纳米管聚3-己基噻吩混合层中的半导体性碳纳米管的含量较高，基本避免了含有金属性碳纳米管，因此保证了薄膜晶体管的电学性能。而且，所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层与所述聚3-己基噻吩层通过π-π键连接，形成一种碳纳米管薄膜晶体管的半导体层立体通道，从而使制得的碳纳米管薄膜晶体管具有了较高的电学性能，如高迁移率及高开关比。进一步的，所述碳纳米管薄膜晶体管还可以柔性材料作为衬底，从而适用于精细工作及测量使用，尤其适用于医疗及可穿戴设备领域，体外或植入人体内部的医疗监测及治疗的器件应用。附图说明图1表示现有碳纳米管薄膜晶体管的结构示意图；图2表示本专利技术的碳纳米管薄膜晶体管的结构示意图；图3表示聚3-己基噻吩层的晶相说明原理图；图4表示本专利技术慢性成膜法制备的有机高分子RR-P3HT层GIXRD图谱；图5表示普通成膜法制备的有机高分子RR-P3HT层GIXRD图谱；图6表示本专利技术中碳纳米管薄膜晶体管的半导体层立体通道示意图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种碳纳米管薄膜晶体管，包括衬底，设置于衬底上的栅极，设置于所述栅极表面的有机绝缘层，设置于所述有机绝缘层上的半导体层，设置于所述半导体层上的源极和漏极。本专利技术改进了所述半导体层，所述半导体层为依次设置的聚3-己基噻吩(RR-P3HT)层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合(Sc-SWCNT/RR-P3HT)层，所述聚3-己基噻吩层设置于有机绝缘层与碳纳米管聚3-己基噻吩混合层之间。所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层由聚3-己基噻吩包裹的半导体性碳纳米管制成。具体的制备方法为：将单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中，超声混合后，离心分离，得到聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管；将聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管溶于有机溶剂后，涂覆在聚3-己基噻吩层表面，干燥后，得到碳纳米管聚3-己基噻吩混合层。所述方法中，所述单壁碳纳米管与聚3-己基噻吩的体积比优选为(8～15)：1。所述离心的转速优选为13000～15000转，离心时间优选为5～10分钟。经过离心后，聚3-己基噻吩将选择性的包裹于半导体性碳纳米管上，自然完成了对于半导体性碳纳米管和金属性碳纳米管的分离。得到的聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管中，半导体性碳纳米管质量含量占全部碳纳米管的99.9％以上，有效避免了金属性碳纳米管的掺入。所述聚3-己基噻吩层优选为经过慢性成膜处理得到。所述慢性成膜处理具体为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于绝缘层表面，真空退火，然后在室温真空条件下静置。所述真空退火的温度为25～240℃，更优选为100～200℃，最优选为150℃。所述真空退火的时间优选为5～15分钟，更优选为10分钟。所述静置的时间优选为20～30小时。经过这种慢性成膜处理，聚3-己基噻吩层将呈现明显立体的共轭微晶粒薄片的生长方式，完成一种自我的聚3-己基噻吩层生长过程中的自组织生长。在本专利技术中，所述聚3-己基噻吩层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合层之间通过π-π键连接，形成一种碳纳米管薄膜晶体管的半导体层立体通道，从而使制得的碳纳米管薄膜晶体管具有了较高的电学性能。在本专利技术中，所述衬底优选为柔性衬底，更优选为丝素蛋白柔性衬底。以柔性衬底制成的薄膜晶体管具有全柔性结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管薄膜晶体管，包括衬底，设置于衬底上的栅极，设置于所述栅极表面的有机绝缘层，设置于所述有机绝缘层上的半导体层，设置于所述半导体层上的源极和漏极，其特征在于，所述半导体层为依次设置的聚3‑己基噻吩层和碳纳米管聚3‑己基噻吩混合层，所述聚3‑己基噻吩层设置于有机绝缘层与碳纳米管聚3‑己基噻吩混合层之间。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管薄膜晶体管，包括衬底，设置于衬底上的栅极，设置于所述栅极表面的有机绝缘层，设置于所述有机绝缘层上的半导体层，设置于所述半导体层上的源极和漏极，其特征在于，所述半导体层为依次设置的聚3-己基噻吩层和碳纳米管聚3-己基噻吩混合层，所述聚3-己基噻吩层设置于有机绝缘层与碳纳米管聚3-己基噻吩混合层之间。2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述衬底为柔性衬底。3.根据权利要求2所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述柔性衬底为丝素蛋白柔性衬底。4.根据权利要求1～3任意一项所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层由聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管制成。5.根据权利要求4所述的碳纳米管薄膜晶体管，其特征在于，所述聚3-己基噻吩包裹的碳纳米管中，半导体性碳纳米管质量含量占全部碳纳米管的99.9％以上。6.一种碳纳米管薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：制备衬底；在所述衬底上制备栅极；在所述栅极表面形成有机绝缘层；在所述有机绝缘层上制备聚3-己基噻吩层；所述聚3-己基噻吩层上制备碳纳米管聚3-己基噻吩混合层；在所述碳纳米管聚3-己基噻吩混合层上形成源极和漏极，得到碳纳米管薄膜晶体管。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将聚3-己基噻吩溶于有机溶剂中涂覆于有机绝缘层表面，真空退火，然后在室温真空条件下静置。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备聚3-己基噻吩层的方法为：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雪雁，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11