【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及离子固体器件，特别涉及一种锂离子固体场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、薄膜晶体管(thin film transistor，tft)是一种常用于液晶显示器的关键元件，其作用是控制液晶层中的液晶分子的取向和透光性，即通过控制电流的流动来改变液晶层的透光性，从而实现图像显示。tft器件由一层薄膜材料制成，通常采用硅材料。tft器件的结构主要包括源极、漏极、衬底、绝缘层和沟道层，源极和漏极是两个电极，它们之间通过薄膜材料形成一个通道，衬底则位于通道的上方，并通过绝缘层与通道隔离。当衬底施加电压时，形成的电场会改变通道中的载流子速度，从而控制电流的流动。
2、目前，tft结构中常采用的沟道层为半导体沟道层，通过施加衬底电压达到调控沟道中多数载流子(电子、空穴)迁移的目标，在源、漏电极施压最终实现电子空穴传输的开关调控。离子固体替代半导体材料制作离子固体器件是现在前沿的研究方向，锂离子器件是离子固体器件的一种，锂离子具有单价和小的离子半径，具有强离子键合性质并且可以容易地移动通过原子之间的间隙的特点，可以通过电解质中锂离子的迁移来实现微电池、忆阻器、电化学气体传感器等各种功能，锂离子固体被认为是一种有前景的材料。然而，现有的最常用成熟的薄膜固态电解质lipon由于低的离子电导率(10-7s/cm)和薄膜沉积速率缓慢，导致器件性能不高和难以大规模制备。硫化物薄膜固态电解质虽离子电导率高，但空气稳定性不好一直是困扰人们的难题。
技术实现思路
1、本申请实施例提
2、为解决上述技术问题，第一方面，本申请实施例提供一种锂离子固体场效应晶体管，包括：衬底以及堆叠在衬底上的栅介质层；分别位于栅介质层的两端的源极、漏极；位于栅介质层的上方的沟道层；沟道层的材料为锂离子薄膜固态电解质；沟道层位于源极和漏极之间，且沟道层的顶面低于源极和漏极的顶面。
3、在一些示例性实施例中，沟道层的材料为li4sns4薄膜固态电解质。
4、在一些示例性实施例中，衬底的材料为低阻硅片，所述低阻硅片的电阻率小于0.0015ω/cm。
5、在一些示例性实施例中，栅介质层的材料为sio2、al2o3中的一种。
6、在一些示例性实施例中，源极和漏极的材料均为金属钼。
7、第二方面，本申请实施例还提供一种锂离子固体场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：首先，提供衬底；然后，依次在衬底上形成栅介质层、钼层电极；接下来，对钼层电极进行刻蚀处理，分别形成源极、漏极和初始沟道层；然后，对初始沟道层进行溅射处理，得到离子沟道层；最后，对离子沟道层进行退火处理，得到沟道层；沟道层的材料为锂离子薄膜固态电解质；沟道层位于源极和漏极之间，且沟道层的顶面低于源极和漏极的顶面。
8、在一些示例性实施例中，在衬底上形成栅介质层、钼层电极之前，还包括：分别采用丙酮、无水乙醇、去离子水对衬底进行清洗，并采用高纯氮气吹干作为栅电极加压使用；其中，衬底的材料为低阻硅片，所述低阻硅片的电阻率小于0.0015ω/cm。
9、在一些示例性实施例中，依次在所述衬底上形成栅介质层、钼层电极，包括：将衬底移入镀膜腔室，通入氩气、氧气混合气体，对所述衬底进行溅射处理，得到sio2绝缘层作为栅介质层使用；将衬底和栅介质层置于真空腔室中，进行保温处理；将保温处理后的衬底和栅介质层移入镀膜腔室，通入氩气，对所述栅介质层进行溅射处理，得到钼层电极。
10、在一些示例性实施例中，对钼层电极进行刻蚀处理，分别形成源极、漏极和初始沟道层，包括：在钼层电极上旋涂正性光刻胶，进行烘干处理后，使用激光划线设备，在365nm的紫外光下进行划线曝光，并在显影液中显影；采用去离子水冲洗后使用高纯氮气吹干得到网格状图案化结构；使用双氧水、氨水、去离子水混合溶液对显影后钼层电极进行湿法刻蚀处理，以除去沟道层钼金属，并采用去离子冲洗掉残留的刻蚀液后，用丙酮、无水乙醇、去洗离子水对继续对其清洗，除去未曝光的正胶和残留有机物，最终得到源极、漏极和初始沟道层。
11、在一些示例性实施例中，对初始沟道层进行溅射处理，得到离子沟道层，对离子沟道层进行退火处理，得到沟道层，包括：选用li靶、sns2靶为溅射靶材，将溅射靶材置于溅射炉内相对位置上；在磁控溅射室中，以75w功率对靶材进行预溅射；并将li靶的溅射功率控制在150w，sns2靶溅射功率控制在60w，衬底的温度为200℃；在初始沟道层上沉积li4sns4薄膜固态电解质前驱体，得到离子沟道层；将li4sns4薄膜固态电解质前驱体在氩气袋中密封转移到退火炉中，按照4％的硫化氢比例将硫化氢通入氩气中，逐步升高退火温度至500℃并保温3小时，最终得到结晶态的li4sns4结晶态薄膜固态电解质，作为沟道层使用。
12、本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
13、本申请实施例提供一种锂离子固体场效应晶体管及其制备方法，该晶体管包括：衬底以及堆叠在衬底上的栅介质层；分别位于栅介质层的两端的源极、漏极；位于栅介质层的上方的沟道层；沟道层的材料为锂离子薄膜固态电解质；沟道层位于源极和漏极之间，且沟道层的顶面低于源极和漏极的顶面。
14、本申请通过自主创新的微纳加工技术设计出锂离子固体场效应晶体管，根据传统半导体薄膜晶体管和锂离子固体器件进行创新，栅电极直接采用低阻硅片，低阻硅片上生长绝缘二氧化硅栅介质层，栅介质层上镀金属，通过光刻工艺，将金属变成网格图案化结构充当源、漏电极，在源、漏电极中生长锂离子薄膜固态电解质作为离子沟道层，退火后处理。锂离子固体场效应管采用了空气稳定性好，离子电导率高的薄膜固态电解质作为沟道层，通过在栅、源电极施加电压，可以调控离子沟道层中锂离子的分布情况，使离子沟道层、栅介质层界面附近的锂离子浓度升高降低，在源、漏电极施加电压从而达到调制沟道锂离子电导的作用，制备了基于锂离子固体的场效应晶体管。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为Li4SnS4薄膜固态电解质。
3.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述衬底的材料为低阻硅片，所述低阻硅片的电阻率小于0.0015Ω/cm。
4.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述栅介质层的材料为SiO2、Al2O3中的一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述源极和所述漏极的材料均为金属钼。
6.一种锂离子固体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的锂离子固体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述衬底上形成栅介质层、钼层电极之前，还包括：
8.根据权利要求6所述的锂离子固体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，依次在所述衬底上形成栅介质层、钼层电极，包括：
9.根据权利要求6所述的锂离子固体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，对所述钼层电极
10.根据权利要求6所述的锂离子固体场效应晶体管的制备方法，其特征在于，对所述初始沟道层进行溅射处理，得到离子沟道层，对所述离子沟道层进行退火处理，得到沟道层，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述沟道层的材料为li4sns4薄膜固态电解质。
3.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述衬底的材料为低阻硅片，所述低阻硅片的电阻率小于0.0015ω/cm。
4.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述栅介质层的材料为sio2、al2o3中的一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子固体场效应晶体管，其特征在于，所述源极和所述漏极的材料均为金属钼。
6.一种锂离子固体场效应晶体管的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：李文杰，宋世璇，杨春雷，胡航炜，王子龙，吴莉芸，罗杰，余庆，冯勃晗，霍少伟，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。