一种金属氧化物光晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种金属氧化物光晶体管及其制备方法。该金属氧化物光晶体管采用底栅垂直结构，器件从下往上依次是带有一定厚度二氧化硅氧化层的高掺杂硅片、网状源极和源极接触电极、金属氧化物半导体薄膜以及漏电极。垂直结构金属氧化物光晶体管中的半导体层、源极接触电极和漏极均采用喷墨打印或磁控溅射技术制备。本发明专利技术提供的垂直结构金属氧化物光晶体管可实现直接图案化、器件均一性好，可突破传统工艺对尺寸的限制，并实现大的电流密度和出色的光响应R和外量子效率EQE。该垂直结构的金属氧化物光晶体管有望广泛用于光传感器、人工突触及大规模集成电路等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物光晶体管及其制备方法
本专利技术属于电子材料及器件
，涉及一种金属氧化物光晶体管及其制备方法，适用于制备光传感器、人工突触及大规模集成电路等领域。
技术介绍
金属氧化物光晶体管是一种利用金属氧化物半导体材料制备的半导体器件。金属氧化物半导体在实际应用中相对于单晶硅或者多晶硅材料和有机半导体材料不仅仅具有载流子迁移率高、制备温度低、环境稳定性较好的特点，并且具有较大的光学带宽可用来进行紫外光探测。但是，随着对高性能、低功耗、小尺寸器件的需求，这就要求器件尺寸要进一步减小。并且传统平面沟道金属氧化物光晶体管还存在着电流密度低、操作速度慢、光响应差等缺点。对于传统的横向传输的金属氧化物光晶体管器件，通常通过减小沟道长度来实现。然而由于加工工艺的限制，进一步缩小尺寸会大大增加制备成本。采用垂直结构的金属氧化物光晶体管，由于载流子的传输方向是垂直方向传输，半导体层厚度决定了沟道长度，通过控制半导体层厚度，可以将载流子传输沟道长度缩短到纳米量级，因此可以突破传统加工工艺的限制，大大缩小器件尺寸。并且光生激子可以有效快速地分离与转移，明显提高器件的光电性能。目前，尚无关于垂直结构的金属氧化物光晶体管的研究报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属氧化物光晶体管及其制备方法，该方法通过喷墨打印或磁控溅射技术可直接制备图案化的器件，一方面可突破传统工艺对尺寸的限制，另一方面可实现高的电流密度和高的光电性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：提供一种金属氧化物光晶体管，所述金属氧化物光晶体管为底栅垂直结构，从下往上依次为基底、网状源极和源极接触电极、半导体层、漏极，所述基底包括基底硅片和绝缘层，所述基底硅片为高掺杂硅片，该硅片既为衬底又为栅极，所述绝缘层为二氧化硅层，所述网状源极为金属纳米线或碳纳米管，优选银纳米线，所述半导体层为金属氧化物半导体薄膜。所述绝缘层二氧化硅层的厚度为100~200nm。所述金属氧化物光晶体管中的网状源极通过旋涂工艺沉积而成。采用喷墨打印或磁控溅射技术制备半导体层、源极接触电极和漏极；所述喷墨打印技术制备金属氧化物半导体层是采用以金属盐作为溶质形成的金属氧化物前驱体墨水，该金属盐为硝酸铟、硝酸镓、醋酸锌中的至少一种，溶剂为乙二醇甲醚、水中的一种单溶剂或者二元混合溶剂，其中二元混合溶剂中，副溶剂的体积分数为10%-20%。所述喷墨打印技术制备源极接触电极和漏极的墨水材料为PEDOT：PSS纳米导电墨水或银纳米颗粒导电墨水。所述磁控溅射技术制备金属氧化物半导体层所用材料为氧化铟（In2O3）、氧化锌（ZnO）、氧化铟锌（IZO）、氧化铟镓（IGO）或氧化铟镓锌（IGZO）；所述源极接触电极和漏极层所用材料为金、铬、铝、钼或铜。所述喷墨打印或磁控溅射技术制备半导体层的直径为200至500μm，厚度为100~110nm。所述源极接触电极和漏极为同步沉积，其中源极接触电极沉积在距离金属氧化物半导体薄膜每个点旁50至100μm处，漏极沉积在金属氧化物半导体薄膜每个点的正上方。所述源极接触电极和漏极直径为100至300μm，厚度为50至100nm。通过采用喷墨打印技术制备底栅垂直结构金属氧化物光晶体管的制备步骤如下：S11：以生长有一层二氧化硅的高掺杂硅片为基底，将其在丙酮、异丙醇、三氯甲烷中分别超声5分钟，并氮气吹干；S12：采用旋涂工艺在所述步骤S11中的基底上制备一层网状源极薄膜；S13：采用喷墨打印技术将金属氧化物前驱体沉积在步骤S12所述薄膜上制备有源层，并退火一定时间；S14：采用喷墨打印技术将源极接触电极和漏极分别沉积在步骤S13所述有源层旁50至100μm处及其正上方，并退火一定时间。通过采用磁控溅射技术制备底栅垂直结构金属氧化物光晶体管的制备步骤如下：S21：以生长有一层二氧化硅的高掺杂硅片为基底，将其在丙酮、异丙醇、三氯甲烷中分别超声5分钟，并氮气吹干；S22：采用旋涂工艺在所述步骤S21中的基底上制备一层网状源极薄膜，并退火一定时间；S23：采用磁控溅射技术并借助掩膜版将金属氧化物半导体层沉积在步骤S22所述薄膜上制备有源层；S24：采用磁控溅射技术将源极接触电极和漏极分别沉积在步骤S23所述有源层旁50至100μm处及其正上方。所述旋涂工艺制备网状源极薄膜之前要对基底进行O2等离子处理一段时间，以保证网状源极与基底更好的接触。所述喷墨打印采用70至90℃的基板温度将前驱体中多余溶剂快速清除掉，以保证获得一定厚度的有源层薄膜。该方法适用于制备底栅垂直结构金属氧化物光晶体管。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：通过本专利技术所提供的方法制作的金属氧化物光晶体管，该方法通过喷墨打印或磁控溅射技术可直接制备图案化的器件，突破了传统工艺对尺寸的限制（沟道长度通常为微米级别），从而可以获得超短沟道（沟道长度为纳米级别）的器件，实现了高的电流密度和高的光响应能力。本专利技术中所采用的喷墨打印或磁控溅射技术制备金属氧化物光晶体管，操作简单，成本低，有利于推广运用，具备显著的经济和社会效益，且得到的金属氧化物光晶体管在紫外光探测器中具有出色的光电性能。附图说明图1是本专利技术一种金属氧化物光晶体管的结构示意图，其中，100为高掺杂硅，110为绝缘层，120为网状源极，130为源极接触电极，140为金属氧化物半导体层，150为漏极。图2是本专利技术一种金属氧化物光晶体管的三维结构及加光源设备的示意图，其中，160为光源。图3是实施例1制备的金属氧化物光晶体管在不同波长光照情况下的转移特性曲线。图4是实施例1制备的金属氧化物光晶体管在不同波长光照（VDS=40V,P=4.1μW/cm2）情况下所获得的最大光响应（R）和最大外部量子效率（EQE）。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。如图1所示，本专利技术的一种金属氧化物光晶体管，所述金属氧化物光晶体管为底栅垂直结构，从下往上依次为基底、网状源极和源极接触电极、半导体层、漏极，所述基底包括基底硅片和绝缘层，所述基底硅片为高掺杂硅片，该硅片既为衬底又为栅极，所述绝缘层为二氧化硅，所述网状源极为银纳米线，所述半导体层为金属氧化物半导体。其中，如图1所示，100为高掺杂硅，110为绝缘层，120为网状源极，130为网状源极接触电极，140为金属氧化物半导体层，150为漏极。进一步的，所述二氧化硅层的厚度为100~200nm。进一步的，所述喷墨打印技术制备金属氧化物半导体层是采用以金属盐作为溶质形成的金属氧化物前驱体墨水，该金属盐为硝酸铟、硝酸镓、醋酸锌中的至少一种。所述喷墨打印技术制备源极接触电极和漏极的材料为PEDOT：PSS纳米导电墨水。进一步的，所述磁控溅射技术制备金属氧化物半导体层为氧化铟（In2O3）、氧化锌（ZnO）、氧化铟锌（IZO）、氧化铟镓（IGO）或氧化铟镓锌（IGZO）；所述源极接触电极和漏极层所用材料为金、铬、铝、钼或铜。进一步的，所述喷墨打印或磁控溅射技术制备有源层（半导体层）的直径为200至500μm，厚度为100~110nm。进一步的，所述源极接触电极和漏极为同步沉积，其中源极接触电极沉积在距离金属氧化物半导体薄膜每个点旁50至100μm处，漏极沉积在金属氧化物半导体薄膜每个点的正上方。所述源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，所述金属氧化物光晶体管为底栅垂直结构，从下往上依次为基底、网状源极和源极接触电极、半导体层、漏极，所述基底包括基底硅片和绝缘层，所述基底硅片为高掺杂硅片，该硅片既为衬底又为栅极，所述绝缘层为二氧化硅层，所述网状源极为金属纳米线或碳纳米管，所述半导体层为金属氧化物半导体。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，所述金属氧化物光晶体管为底栅垂直结构，从下往上依次为基底、网状源极和源极接触电极、半导体层、漏极，所述基底包括基底硅片和绝缘层，所述基底硅片为高掺杂硅片，该硅片既为衬底又为栅极，所述绝缘层为二氧化硅层，所述网状源极为金属纳米线或碳纳米管，所述半导体层为金属氧化物半导体。2.根据权利要求1所述的一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，绝缘层的厚度为100~200nm。3.根据权利要求1所述的一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，所述金属氧化物光晶体管中的网状源极通过旋涂工艺沉积而成。4.根据权利要求1所述的一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，所述金属氧化物光晶体管中，采用喷墨打印或磁控溅射技术制备半导体层、源极接触电极和漏极。5.根据权利要求4所述的一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，所述喷墨打印技术制备半导体层是采用以金属盐作为溶质形成的金属氧化物前驱体墨水，该金属盐为硝酸铟、硝酸镓、醋酸锌中的至少一种；所述喷墨打印技术制备源极接触电极和漏极的墨水材料为PEDOT：PSS纳米导电墨水或银纳米颗粒导电墨水。6.根据权利要求4所述的一种金属氧化物光晶体管，其特征在于，所述磁控溅射技术制备半导体层所用材料为氧化铟、氧化锌、氧化铟锌、氧化铟镓或氧化铟镓锌；所述磁控溅射技术制备源极接触电极和漏极所用材料为金、铬、铝、钼或铜。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈惠鹏，郭太良，曹曙光，汪秀梅，陈奇珍，严育杰，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35