一種基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料與器件領(lǐng)域，特別是一種基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對于信息存儲、傳遞及其處理的依賴程度日益增加。而半導(dǎo)體器件和工藝技術(shù)作為信息的存儲、傳遞及其處理的主要載體和物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)已成為眾多科學(xué)家爭相研宄的熱點。薄膜晶體管，作為一種非常重要的半導(dǎo)體器件，在信息存儲、傳遞和處理等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。然而，截至目前為止，現(xiàn)有大規(guī)模使用薄膜晶體管，是一種基于微電子硅工藝的半導(dǎo)體器件。這種傳統(tǒng)的基于硅微電子工藝薄膜場效應(yīng)晶體管存在對設(shè)備要求高，制備工藝復(fù)雜，成本較高和器件整體性能有限，靈敏度、開關(guān)頻率和速度有限等問題。并且，隨著人們對于高性能薄膜晶體管要求的逐步提升，基于微電子硅工藝的薄膜場效應(yīng)晶體管已難以滿足當(dāng)今信息社會對高靈敏度、高開關(guān)頻率和開關(guān)速度的薄膜場效應(yīng)晶體管的需求。
[0003]近年來，納晶材料或量子點材料因其具有獨特的電學(xué)、光學(xué)量子尺寸效應(yīng)，為控制材料性能提供了除控制其化學(xué)組成之外的另一有效手段。尤其是當(dāng)半導(dǎo)體量子點膠體通過自組裝緊密堆積實現(xiàn)量子限域電子或空穴波函數(shù)的有效交疊和重合，將會形成一種新型的“人造固體”，這種人造固體不僅保留了量子點材料性能獨特的可調(diào)性，同時，這種人造固體半導(dǎo)體材料也具有較高的載流子迀移率和電傳導(dǎo)能力。這將為基于低成本、大面積溶液制備技術(shù)，實現(xiàn)量子點膠體有效組裝，從而制備出新型基于單量子點陣列膜層導(dǎo)電溝道的場效應(yīng)管提供了可能。此外，由于貴重金屬材料表面和界面存在獨特的等離子體激元，通過優(yōu)化貴金屬材料結(jié)構(gòu)形狀及其隔離層的厚度等，其表面等離子體外界光場或電場可以實現(xiàn)幾十倍甚至上千倍劇增，因此，這為通過金屬量子點等離子體激元增強(qiáng)光控柵極半導(dǎo)體量子點薄膜晶體管制備提供了一種可能和新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管的制備方法，其特征在于:
51:以硅/ 二氧化硅為襯底，通過旋涂成膜工藝，在該硅/ 二氧化硅襯底上制備金屬量子點膜層，并將該金屬量子點膜層作為等離子激元增強(qiáng)層；
52:在覆蓋有所述金屬量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片上制備有機(jī)絕緣隔離層；
53:在覆蓋有所述金屬量子點膜層以及所述有機(jī)絕緣隔離層的硅/ 二氧化硅樣片上制備CdSe量子點膜層，并將該CdSe量子點膜層作為導(dǎo)電溝道；
S4:通過圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝，在覆蓋有所述金屬量子點膜層、所述有機(jī)絕緣隔離層以及所述CdSe量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片上制備金屬電極，且將所述金屬電極分別作為源極、漏極；
S5:通過有機(jī)物封裝制備基于光控量子點膜層導(dǎo)電溝道的薄膜晶體管。
[0006]在本發(fā)明一實施例中，，在所述步驟SI中，還包括如下步驟:
511:將包括硝酸銀和HAuCl4的金屬離子化合物、亞油酸鈉、無水乙醇和亞油酸混合攪拌;
512:將混合攪拌后的混合液體，分別通過水熱反應(yīng)、反復(fù)去離子水以及無水乙醇高速離心處理，并分散到環(huán)己烷，制備金屬量子點溶液；
513:將所述硅/ 二氧化硅襯底通過硫酸/雙氧水溶液高溫清洗，并采用旋涂成膜工藝，將所述金屬量子點溶液在所述硅/ 二氧化硅襯底上旋涂成膜，即在所述硅/ 二氧化硅的氧化層表面形成一層金屬量子點膜層，制備得覆蓋有金屬量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片；
在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟SI I中，金屬離子化合物:亞油酸鈉:無水乙醇:亞油酸=0.3-1.0:1.0-2.0:5-15:0.5-2.5 ;所述混合溶液體積占水熱反應(yīng)釜的40%至60% ;在所述步驟S12中，所述水熱反應(yīng)溫度為20°C至200°C ;所述水熱反應(yīng)的處理時間為30min至400min ;金屬量子點環(huán)己燒溶液中所述金屬量子點濃度為10個/cm3至20個/cm3;在所述步驟S13中，所述硅/ 二氧化硅襯底面積為IcmX Icm，且二氧化硅層作為薄膜晶體管絕緣層，厚度為30 nm至300nm ;所述旋涂工藝的轉(zhuǎn)數(shù)為1000 rpm至5000rpmo
[0007]在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S2中，還包括如下步驟:
S21:采用旋涂成膜工藝，在覆蓋有所述金屬量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片上，將聚酰胺酸溶液旋涂成膜，并采用階梯溫度熱處理將聚酰胺酸聚酰亞胺化，在所述硅/ 二氧化硅樣片上制備有機(jī)絕緣隔離層。
[0008]在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S21中，所述旋涂工藝的轉(zhuǎn)數(shù)為100rpm至3000rpm ;所述階梯溫度熱處理方式為:120°C/I h、180°C/l h、250°C/I h以及300°C /Ih ;所述有機(jī)絕緣隔離層厚度為5nm至30nm。
[0009]在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S3還包括以下步驟:
531:將氧化鎘粉末、1-十四基磷酸以及三正丁基氧化膦在排空加熱條件下混合，制備鎘前驅(qū)體溶液；在氬氣保護(hù)下將砸粉末溶于三丁基膦中，制備砸前驅(qū)體溶液；在第一溫度下，將所述砸前驅(qū)體溶液注入所述鎘前驅(qū)體溶液中進(jìn)行混合，并降溫至第二溫度，且以第一時間進(jìn)行保溫；去掉熱源，冷卻降溫至第三溫度，并向混合液中注入甲醇溶液，對應(yīng)獲取納米晶沉淀，并經(jīng)過離心和清洗獲取CdSe量子點的氯仿或者甲苯溶液，完成CdSe量子點溶液的制備；；
532:通過旋涂成膜工藝，在覆蓋有金屬量子點膜層以及所述有機(jī)絕緣隔離層的硅/ 二氧化硅樣片上將所述CdSe量子點溶液旋涂成膜，形成一層CdSe量子點膜層，制備覆蓋有CdSe量子點膜層、有機(jī)絕緣隔離層以及金屬量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片。
[0010]在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S31中，所述鎘前驅(qū)體溶液合成制備溫度為240°C至360°C ;所述砸前驅(qū)體溶液合成制備溫度為100°C至220°C ;所述第一溫度為250°C至330°C ;所述第二溫度為220°C至270°C ;所述第一時間為Imin至20min ;所述第三溫度為80°C至140°C;CdSe量子點的氯仿或者甲苯溶液中CdSe量子點濃度為5個/cm3至10個/cm3；在所述步驟S32中，所述旋涂工藝的轉(zhuǎn)數(shù)為2000rpm至4000rpm。
[0011]在本發(fā)明一實施例中，，在所述步驟S4中，所述金屬電極為Cr/Au復(fù)合金屬電極；所述圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝為采用圖形化的金屬掩膜覆蓋涂覆有所述金屬量子點膜層、所述有機(jī)絕緣隔離層以及所述CdSe量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片樣品的表面，然后在其表面進(jìn)行蒸鍍；所述源極和所述漏極面積為200 μ mX 300 μ m，且所述源極與所示漏極間距為 10 μ m 至 50 μ m0
[0012]在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S5中，還包括如下步驟:
S51:采用旋涂成膜工藝，在覆蓋有所述金屬量子點膜層、所述有機(jī)絕緣隔離層以及所述CdSe量子點膜層的硅/ 二氧化硅樣片上，將聚酰胺酸溶液旋涂成膜，并采用階梯溫度熱處理方式將聚酰胺酸聚酰亞胺化，制備基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管。
[0013]在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S51中，所述階梯溫度熱處理方式為:120°C /IhU80°C /I h,250°C /I h 以及 300°C /I h。
[0014]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明所提出的種基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管的制備方法，提供了一種基于低成本、大面積溶液制備技術(shù)，實現(xiàn)金屬量子點等離子體激元增強(qiáng)層、有機(jī)絕緣隔離層和半導(dǎo)體量子點導(dǎo)電溝道層在硅/ 二氧化硅襯底表面上可控制備，從而制備出一種新型的基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管。本發(fā)明基于常規(guī)的旋涂成膜工藝技術(shù)制備出金屬量子點等離子體激元增強(qiáng)層、有機(jī)絕緣隔離層和半導(dǎo)體量子點導(dǎo)電溝道層，并進(jìn)一步通過旋涂有機(jī)物實現(xiàn)對半導(dǎo)體量子點溝道的有效封裝和保護(hù)，從而制備出新型的基于等離激元增強(qiáng)光控量子點薄膜晶體管。本發(fā)明制備方法新穎，制作成本低，制備工藝簡單，器件性能靈活可控。所制備的晶體管具有特殊金屬量子點等離子體增強(qiáng)層和半導(dǎo)體量子點導(dǎo)電溝道層，可充分利用金屬量子點等離子激元對于光場或電場