一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法，包括：选取SiC衬底，中部用绝缘阻挡层分开；在所述SiC衬底一侧表面生长N型SiC外延层及电子传输层，在所述SiC衬底另一侧表面生长P型SiC外延层及空穴传输层；在所述两侧传输层表面生长钙钛矿光吸收层；在所述两侧钙钛矿光吸收层表面生长绝缘层；在所述两侧绝缘层表面生长栅电极；在所述SiC衬底两侧表面分别生长源漏电极，最终形成所述基于互补型SiC/钙钛矿传输层异质结的晶体管器件。本发明专利技术的晶体管采用钙钛矿光吸收层/传输层来为沟道提供光生载流子，提高了现有技术中的SiC晶体管器件的迁移率、开关速度等重要参数，增加了器件集成度，降低器件功耗。

A novel transistor device based on complementary SiC and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法
本专利技术涉及集成电路技术
，尤其涉及一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法。
技术介绍
SiC(碳化硅)是一种发展迅速的第三代半导体材料，具有比硅和砷化镓更大的迁移率、更高的热导率、更高的临界击穿电场等优异特性，在半导体器件制备方面具有广阔的前景。SiC可以用来制备晶体管器件，其原理为通过调控栅压来开启或关断沟道，从而使器件可以在不同的状态下工作。为使SiC晶体管器件能正常工作，其栅极必须能够有效的开启或关断沟道，因此在SiC晶体管的制作中，栅极的制作影响整个器件的最终性能。钙钛矿材料作为太阳能电池的光吸收材料已经表现出了卓越的光电转换效率，钙钛矿材料拥有高效的光吸收效率、双极性特性以及带隙可调等优点。在太阳能电池的研究中，钙钛矿材料常常堆叠电子传输层来使其产生的电子空穴对得到分离。电子传输层可以有效地提取钙钛矿产生的光生电子而阻挡光生空穴。因此，将钙钛矿/传输层结构加入到SiC晶体管的栅极和沟道之间，可以实现如下功能：1.在N型SiC衬底/外延层一侧，施加某一方向栅压的情况下，开启沟道同时由钙钛矿层向沟道注入大量的N型载流子，施加反方向栅压的情况下，钙钛矿不再向沟道注入N型载流子，直至沟道被夹断；在P型SiC衬底/外延层一侧，施加某一方向栅压的情况下，开启沟道同时由钙钛矿层向沟道注入大量的P型载流子，施加反方向栅压的情况下，钙钛矿不再向沟道注入N型载流子，直至沟道被夹断。2.由于生长阻挡层将SiC衬底分成了N型和P型两种互补结构，可以通过调控使器件能工作在N型或者P型，增加了器件集成度，降低器件功耗等。因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本专利技术提出一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法。本专利技术提供一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法，与相关技术相比，本专利技术的技术方案如下：一种基于互补型SiC的新型晶体管器件及其制备方法，其特征在于，所述器件包括SiC衬底、绝缘阻挡层、钙钛矿传输层、钙钛矿光吸收层、绝缘层、栅电极和源漏电极，所述方法包括以下步骤：(a)选取SiC衬底，中部用绝缘阻挡层分为左右两部分；(b)在所述SiC衬底一侧表面生长N型外延层，并使用第一掩模版生长电子传输层，在所述SiC衬底另一侧表面生长P型外延层，并使用第一掩模版生长空穴传输层；(c)在所述两侧传输层表面生长钙钛矿光吸收层；(d)在所述两侧钙钛矿光吸收层表面生长绝缘层；(e)在所述两侧绝缘层层表面生长栅电极；(f)在所述SiC衬底/异质结两侧表面分别使用第二掩模版生长源漏电极，最终形成所述基于互补型SiC/钙钛矿传输层异质结的晶体管器件。进一步的方案为，所述衬底SiC包括但不限于3C-SiC、4H-SiC以及6H-SiC，所述步骤(a)包括：(a1)选取SiC衬底；(a2)依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、和异丙酮超声清洗所述衬底并烘干；所述电子传输层和所述SiC衬底/外延层在外加栅压下能够形成二维电子气，所述电子传输层包括但不限于TiO2、ZnO、富勒烯衍生物PCBM；以TiO2为例，所述电子传输层包括：(b1)在所述衬底上表面旋涂浓度为0.24mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，在450～500℃下空气中烧结30～60mi互补；(b2)浸泡于40mM的TiCl4水溶液中，70℃处理30mi互补；(b3)最后再在450～500℃温度下烧结30～60mi互补，即得致密层TiO2薄膜；所述空穴传输层和所述SiC衬底/外延层在外加栅压下能够形成二维电子气，所述空穴传输层包括但不限于三苯胺基材料、Spiro、P3HT等，以Spiro为例，所述空穴传输层包括：(b4)将FeCl3溶液、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液、4-叔丁基吡啶滴加至Spiro-0MeTAD溶液中；(b5)所述混合溶液中Spiro-0MeTAD的摩尔浓度为42-70mM，FeCl3的浓度是Spiro-0MeTAD摩尔浓度的0.4-1.4倍，优选是0.8-1倍，最优选是0.8倍；(b6)所述混合溶液中双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的浓度为6-10mg/mL，、4-叔丁基吡啶的浓度为1.8-3.2％v/v；(b7)所述FeCl3；溶液的溶剂选自乙腈、氯仿、丙酮中的至少一种,所述双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶液的溶剂选自乙腈、γ-丁内酯中的至少一种。(b8)将该混合溶液旋涂至所述衬底/外延层上，所得涂层即为空穴传输层，所述空穴传输层的厚度为60-160nm。所述钙钛矿吸收层分为无机钙钛矿和有机-无机杂化钙钛矿，所述无机钙钛矿包括但不限于CrPbBr3、CrPbCl3、CrPbI3、CsS互补Br3，所述有机-无机杂化钙钛矿包括但不限于CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3，步骤(c)包括：(c1)在无水无氧并且充满高纯氮气的环境下在所述传输层上旋涂形成钙钛矿前驱体溶液；(c2)加热台上烘烤5-15分钟，加热温度为100-130℃；(c3)其中旋涂时间为40-60s，旋涂转速为2000r/mi互补-4000r/mi互补，所述钙钛矿光活性层的厚度为550-600纳米；所述绝缘层包括但不限于常用的SiO2，以及高K材料，包括HfO2，Y2O3，La2O3，步骤(d)包括：(d1)利用磁控溅射工艺在所述钙钛矿光吸收层上表面或所述衬底下表面生长绝缘层。生长所述钙钛矿光吸收层上表面绝缘层时需要采用第一掩模版；(d2)将绝缘层靶材放置在射频磁控溅射系统的靶位置；(d3)将腔体抽至真空状态(5×10-6Pa)，加热所述钙钛矿吸收层或所述衬底，通入气体Ar，调整真空腔内压强；(d4)其中，绝缘层靶材与所述钙钛矿吸收层或所述衬底下表面的距离为10cm，溅射功率为50W-70W，沉积时间为1-1.5h；所述栅电极包括但不限于Au、ITO、FTO，步骤(e)包括：(e1)磁控溅射，包括：(e1.1)采用第一掩模版，利用磁控溅射工艺在所述钙钛矿光吸收层上生长栅电极金属材料，包括：(e1.1.1)以金属材料作为靶材，以氩气作为溅射气体通入溅射腔体中；(e1.1.2)在工作功率60-80W，真空度5×10-4-6×10-3Pa的条件下，在所述钙钛矿吸收层表面溅射形成金属栅电极金属材料；(e1.2)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述钙钛矿光吸收层上表面与栅电极金属材料表面处形成欧姆接触已完成金属栅的制备。(e2)热蒸镀法，包括：(e2.1)将第一掩模版覆盖于所述衬底上，在衬底的中间部分预留出形成栅电极的沟槽，用等离子清洗剂清洗所述被覆盖的衬底；(e2.2)配置电极溶液，并将电极溶液滴于钙钛矿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互补型SiC的新型晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述器件包括SiC衬底、绝缘阻挡层、钙钛矿传输层、钙钛矿光吸收层、绝缘层、栅电极和源漏电极，所述方法包括以下步骤：/n(a)选取SiC衬底，中部用绝缘阻挡层分为左右两部分；/n(b)在所述SiC衬底一侧表面生长N型外延层，并使用第一掩模版生长电子传输层，在所述SiC衬底另一侧表面生长P型外延层，并使用第一掩模版生长空穴传输层；/n(c)在所述两侧传输层表面生长钙钛矿光吸收层；/n(d)在所述两侧钙钛矿光吸收层表面生长绝缘层；/n(e)在所述两侧绝缘层层表面生长栅电极；/n(f)在所述SiC衬底/外延层两侧表面分别使用第二掩模版生长源漏电极，最终形成所述基于互补型SiC/钙钛矿传输层异质结的晶体管器件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于互补型SiC的新型晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述器件包括SiC衬底、绝缘阻挡层、钙钛矿传输层、钙钛矿光吸收层、绝缘层、栅电极和源漏电极，所述方法包括以下步骤：
(a)选取SiC衬底，中部用绝缘阻挡层分为左右两部分；
(b)在所述SiC衬底一侧表面生长N型外延层，并使用第一掩模版生长电子传输层，在所述SiC衬底另一侧表面生长P型外延层，并使用第一掩模版生长空穴传输层；
(c)在所述两侧传输层表面生长钙钛矿光吸收层；
(d)在所述两侧钙钛矿光吸收层表面生长绝缘层；
(e)在所述两侧绝缘层层表面生长栅电极；
(f)在所述SiC衬底/外延层两侧表面分别使用第二掩模版生长源漏电极，最终形成所述基于互补型SiC/钙钛矿传输层异质结的晶体管器件。


2.根据权利要求1所述的一种基于互补型SiC的新型晶体管器件的制备方法，其特征在于，所述衬底SiC包括但不限于3C-SiC、4H-SiC以及6H-SiC，所述步骤(a)包括：
(a1)选取SiC衬底，中部用绝缘阻挡层分为左右两部分；
(a2)依次用微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、丙酮、和异丙酮超声清洗所述衬底并烘干；
所述传输层和所述SiC衬底/外延层在外加栅压下能够形成二维电子气，所述传输层分为电子传输层和空穴传输层，所述电子传输层包括但不限于TiO2、ZnO、富勒烯衍生物PCBM；所述空穴传输层包括但不限于三苯胺基材料、Spiro、P3HT。
所述钙钛矿吸收层分为无机钙钛矿和有机-无机杂化钙钛矿，所述无机钙钛矿包括但不限于CrPbBr3、CrPbCl3、CrPbI3、CsSNBr3，所述有机-无机杂化钙钛矿包括但不限于CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3，所述步骤(c)包括：
(c1)在无水无氧并且充满高纯氮气的环境下在所述传输层上旋涂形成钙钛矿前驱体溶液；
(c2)加热台上烘烤5-15分钟，加热温度为100-130℃；
(c3)其中旋涂时间为40-60s，旋涂转速为2000r/mi互补-4000r/mi互补，所述钙钛矿光活性层的厚度为550-600纳米；
所述绝缘层能够透过可见光源，所述绝缘层包括但不限于常用的SiO2，以及高K材料，包括HfO2，Y2O3，La2O3，所述步骤(d)包括：
(d1)利用磁控溅射工艺在所述钙钛矿光吸收层上表面或所述衬底下表面生长绝缘层材料；生长所述钙钛矿光吸收层上表面绝缘层时需要采用第一掩模版；
(d2)将绝缘层靶材放置在射频磁控溅射系统的靶位置；
(d3)将腔体抽至真空状态(5×10-6Pa)，加热所述钙钛矿吸收层或所述衬底，通入气体Ar，调整真空腔内压强；
(d4)其中，绝缘层靶材与所述钙钛矿吸收层或所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪钰成，关赫，剧亚齐，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61