一种薄膜晶体管、其制备方法及电子器件技术

本申请提供一种薄膜晶体管、其制备方法及电子器件，属于电子和光电子显示技术领域。薄膜晶体管包括基板、有源层、源极层、漏极层、栅绝缘层和栅极层。有源层为石墨烯异质结构层，石墨烯异质结构层包括重叠的石墨烯层和硅晶层，石墨烯层或硅晶层位于基板的表面。源极层和漏极层位于基板的表面使石墨烯异质结构层位于源极层和漏极层之间。栅绝缘层位于源极层、漏极层和石墨烯异质结构层的背离基板的表面以及基板的表面的未被源极层、漏极层和石墨烯异质结构层覆盖的部位。栅极层位于栅绝缘层的背离基板的表面。此薄膜晶体管的有源层为石墨烯层和硅晶层形成的异质结构层，使电子传输能力更佳，得到的薄膜晶体管的电学性能更好。

A thin film transistor, its preparation method and electronic device

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜晶体管、其制备方法及电子器件
本申请涉及电子和光电子显示
，具体而言，涉及一种薄膜晶体管、其制备方法及电子器件。
技术介绍
石墨烯作为代表性的二维纳米材料以其优异的物理和结构特性已经在电子、传感和光电器件等领域受到广泛关注，虽然具有超高的载流子迁移率，但石墨烯层在制备薄膜晶体管的过程中容易遭到损坏，如果不对石墨烯层进行修复，会对薄膜晶体管的电学性能造成不良影响。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种薄膜晶体管、其制备方法及电子器件，形成石墨烯异质结构，提高了薄膜晶体管的电学性能。第一方面，本申请实施例提供一种薄膜晶体管，包括基板、有源层、源极层、漏极层、栅绝缘层和栅极层。有源层为石墨烯异质结构层，石墨烯异质结构层包括石墨烯层和硅晶层，石墨烯层或硅晶层位于基板的表面。源极层和漏极层位于基板的表面使石墨烯异质结构层位于源极层和漏极层之间。栅绝缘层位于源极层、漏极层和石墨烯异质结构层的背离基板的表面以及基板的表面的未被源极层、漏极层和石墨烯异质结构层覆盖的部位。栅极层位于栅绝缘层的背离基板的表面。硅晶层起到对石墨烯层修复和保护的作用，且硅晶层与石墨烯层配合以后，能够共同作为有源层，使载流子传输效果更好，与栅绝缘层和栅极层配合以后，得到的薄膜晶体管的电学性能更佳。结合第一方面，在另一实施例中，石墨烯异质结构层包括依次重叠的石墨烯层、硅晶层和锡烯层，石墨烯层或锡烯层位于基板的表面。石墨烯异质结构层形成超导体-半导体-超导体的有源层结构，能够提高电子传输效率，且硅晶层本身为半导体，可以修复石墨烯层的缺陷，也可以作为石墨烯层的保护层，同时可作为锡烯层沉积的基底，使薄膜晶体管的电学性能能够有效提高。结合第一方面，在另一实施例中，石墨烯层为单层石墨烯，锡烯层为单层锡烯。单层石墨烯的厚度为0.3-0.4nm，单层锡烯的厚度为0.4-0.6nm，设置单层石墨烯和单层锡烯层以后，对有源层的厚度影响不大，且石墨烯层和锡烯层作为超导体，与硅晶层配合以后，得到的有源层的电子传输效果更好。结合第一方面，在另一实施例中，硅晶层为非单晶硅层。硅晶层为非单晶硅层结构，容易制备，在形成硅晶层的过程中，不会对单层石墨烯造成破坏，且能够对单层石墨烯进行修复及保护，使有源层的电子传输效果更好。结合第一方面，在另一实施例中，非单晶硅层包括微晶硅层、多晶硅层和纳米硅层的一种或多种。结合第一方面，在另一实施例中，硅晶层包括第一晶层和第二晶层，第一晶层与石墨烯层接触，第二晶层与锡烯层接触，第一晶层的厚度小于第二晶层的厚度。第一晶层的晶粒较小，厚度较薄，对石墨烯层的修复效果更好，第二晶层的晶粒较大，厚度较厚，有利于锡烯层的形成，且锡烯层形成的过程中，不会破坏第一晶层，对石墨烯层形成很好的保护作用，使得到的有源层的电子传输效率更高。结合第一方面，在另一实施例中，第一晶层的厚度为50-80nm，第二晶层的厚度为150-400nm。第二方面，本申请实施例提供一种薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：将有源层转移至基板的表面并对有源层进行图案化处理形成图案化的有源层。在基板的表面形成图案化的源极层和漏极层，使有源层位于源极层和漏极层之间。在有源层、源极层和漏极层的背离基板的表面以及基板的表面的未被源极层、漏极层和有源层覆盖的部位形成栅绝缘层。在栅绝缘层的背离基板的表面形成栅极层。其中，有源层的形成方法包括：在金属箔的表面通过CVD法形成石墨烯层，在石墨烯层的背离金属箔的表面沉积硅晶层，刻蚀掉金属箔。通过CVD法在金属箔的表面形成单层石墨烯，在形成硅晶层的过程中能够修复单层石墨烯的缺陷，也可以作为石墨烯层的保护层，且形成石墨烯层与形成硅晶层均由金属箔作为基底，在形成硅晶层以后，刻蚀掉金属箔，将得到的石墨烯异质结构层转移至基板的表面，并进行有源层的图案化处理，避免直接在基板上进行石墨烯异质结构的生长，使薄膜晶体管的基板的选择范围更广。硅晶层起到对石墨烯层修复和保护的作用，且硅晶层与石墨烯层配合以后，能够共同作为有源层，使载流子传输效果更好，与栅绝缘层和栅极层配合以后，得到的薄膜晶体管的电学性能更佳。结合第二方面，在另一实施例中，有源层的形成方法包括：在金属箔的表面通过CVD法形成石墨烯层，在石墨烯层的背离金属箔的表面沉积硅晶层，在硅晶层的背离石墨烯层的表面生长锡烯层，刻蚀掉金属箔。形成的有源层为超导体-半导体-超导体的结构，能够提高电子传输效率，且硅晶层本身为半导体，可以修复石墨烯层的缺陷，也可以作为石墨烯层的保护层，同时可以作为锡烯层生长的基底，使薄膜晶体管的电学性能能够有效提高。结合第二方面，在另一实施例中，沉积硅晶层的方法包括：在真空度为(4.8-5.6)×10-4Pa，沉积气压为100-150Pa的条件下采用射频等离子体增强化学气相沉积法在石墨烯层上沉积微晶硅层。或在真空度为(1.5-3.0)×10-3Pa，沉积气压为0.5-10Pa的条件下采用电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法在石墨烯层上沉积多晶硅层。或在真空度为(1.2-1.8)×10-4Pa，沉积气压为100-150Pa的条件下采用甚高频等离子体增强化学气相沉积法在石墨烯层上沉积纳米硅层。以便获得硅晶层，且硅晶层和石墨烯层共同组成薄膜晶体管的石墨烯异质结构有源层。结合第二方面，在另一实施例中，生长锡烯层的方法包括：将惰性离子溅射至硅晶层的表面；在800-1000℃下高温退火；电子束蒸发锡金属，均匀沉积在退火后的硅晶面；在400-800℃的温度下退火。或在500-800℃的温度下脱氧并退火硅晶面；在退火后的硅晶面的表面分子束外延生长锡原子晶体薄膜层；使用惰性离子轰击所述锡原子层，使锡原子与硅晶层形成的sp3键断裂重构成sp2键。以便获得锡烯层，且石墨烯层、硅晶层和锡烯层共同组成薄膜晶体管的石墨烯异质结构有源层。结合第二方面，在另一实施例中，还包括：在石墨烯层的背离金属箔的表面沉积第一晶层，在第一晶层的背离石墨烯层的表面沉积第二晶层，在第二晶层的背离第一晶层的表面生长锡烯层，第一晶层的厚度小于第二晶层的厚度。第一晶层的晶粒较小，厚度较薄，在沉积第一晶层的过程中，能够很好的修复石墨烯生长过程中产生的缺陷，第二晶层的晶粒较大，厚度较厚，有利于锡烯层的形成，且在生长锡烯层的过程中，由于第二晶层的保护作用，不会破坏第一晶层，对石墨烯层形成很好的保护作用，使得到的有源层的电子传输效率更高。第三方面，本申请实施例提供一种电子器件，包括一种上述薄膜晶体管。使用上述薄膜晶体管可以用来制备各种性能优良的电子器件。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。图1A为本申请实施例一中经过步骤S10后实现的结构剖面图；图1B为本申请实施例一中步骤S14中实现的结构剖面图；图1C为本申请实施例一中经过步骤S14后实现的结构剖面图；图1D为本申请实施例一中步骤S16中实现的结构剖面图；图1E为本申请实施例一中经过步骤S16后实现的结构剖面图；图1F为本申请实施例一中经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：基板；有源层，所述有源层为石墨烯异质结构层，所述石墨烯异质结构层包括重叠的石墨烯层和硅晶层，所述石墨烯层或所述硅晶层位于所述基板的表面；源极层和漏极层，所述源极层和所述漏极层位于所述基板的表面使所述石墨烯异质结构层位于所述源极层和所述漏极层之间；栅绝缘层，所述栅绝缘层位于所述源极层、所述漏极层和所述石墨烯异质结构层的背离所述基板的表面以及所述基板的表面的未被所述源极层、所述漏极层和所述石墨烯异质结构层覆盖的部位；栅极层，所述栅极层位于所述栅绝缘层的背离所述基板的表面。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：基板；有源层，所述有源层为石墨烯异质结构层，所述石墨烯异质结构层包括重叠的石墨烯层和硅晶层，所述石墨烯层或所述硅晶层位于所述基板的表面；源极层和漏极层，所述源极层和所述漏极层位于所述基板的表面使所述石墨烯异质结构层位于所述源极层和所述漏极层之间；栅绝缘层，所述栅绝缘层位于所述源极层、所述漏极层和所述石墨烯异质结构层的背离所述基板的表面以及所述基板的表面的未被所述源极层、所述漏极层和所述石墨烯异质结构层覆盖的部位；栅极层，所述栅极层位于所述栅绝缘层的背离所述基板的表面。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述石墨烯异质结构层包括依次重叠的石墨烯层、硅晶层和锡烯层，所述石墨烯层或所述锡烯层位于所述基板的表面；可选地，所述石墨烯层为单层石墨烯，所述锡烯层为单层锡烯。3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述硅晶层为非单晶硅层；可选地，所述非单晶硅层包括微晶硅层、多晶硅层和纳米硅层的一种或多种。4.根据权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述硅晶层包括第一晶层和第二晶层，所述第一晶层与所述石墨烯层接触，所述第二晶层与所述锡烯层接触，所述第一晶层的厚度小于所述第二晶层的厚度；可选地，所述第一晶层的厚度为50-80nm，所述第二晶层的厚度为150-400nm。5.一种薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将有源层转移至基板的表面并对所述有源层进行图案化处理形成图案化的有源层；在所述基板的表面形成图案化的源极层和漏极层，使所述有源层位于所述源极层和所述漏极层之间；在所述有源层、所述源极层和所述漏极层的背离所述基板的表面以及所述基板的表面的未被所述源极层、所述漏极层和所述有源层覆盖的部位形成栅绝缘层；在所述栅绝缘层的背离所述基板的表面形成栅极层；其中，所述有源层的形成方法包括：在金属箔的表面通过CVD法形成石墨烯层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢珂鑫，马经博，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33