一種碳納米管薄膜晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及薄膜晶體管領(lǐng)域，特別設(shè)及一種碳納米管薄膜晶體管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力 學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。例如高電流密度(超過l〇9A/cm2)、出色的熱導(dǎo)率(約6600W/m?K)和高 光透明度(超過90% )。由于運(yùn)些顯著的性質(zhì)，人們把碳納米管，特別是單壁納米管，用于薄 膜晶體管中。
[0003]現(xiàn)有的碳納米管薄膜晶體管一般采用重滲娃片進(jìn)行制作。具體如圖1所示，碳納米 管薄膜晶體管W娃片作為襯底及柵極，所述娃片上設(shè)置一層二氧化娃作為柵極絕緣層;于 柵極絕緣層上再設(shè)置一層碳納米管作為半導(dǎo)體層，最后在碳納米管制成的有源層上制作源 極和漏極。
[0004]由于目前碳薄膜晶體管仍處于研發(fā)階段，為了保證其器件性能，采用了剛性襯底， 阻礙了其在柔性器件中的應(yīng)用。而且，現(xiàn)有方法制備的單壁碳納米管中，約=分之二的碳納 米管為半導(dǎo)體性，約=分之一的碳納米管為金屬性，兩者共存大大限制了薄膜晶體管的電 學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種碳納米管薄膜晶體管及其制備方法，所述碳 納米管薄膜晶體管具有較高的電學(xué)性能。
[0006]本發(fā)明公開了一種碳納米管薄膜晶體管，包括襯底，設(shè)置于襯底上的柵極，設(shè)置于 所述柵極表面的有機(jī)絕緣層，設(shè)置于所述有機(jī)絕緣層上的半導(dǎo)體層，設(shè)置于所述半導(dǎo)體層 上的源極和漏極，所述半導(dǎo)體層為依次設(shè)置的聚3-己基嚷吩層和碳納米管聚3-己基嚷吩混 合層，所述聚3-己基嚷吩層設(shè)置于有機(jī)絕緣層與碳納米管聚3-己基嚷吩混合層之間。
[0007] 優(yōu)選的，所述襯底為柔性襯底。
[000引優(yōu)選的，所述柔性襯底為絲素蛋白柔性襯底。
[0009]優(yōu)選的，所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層由聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管制 成。
[0010] 優(yōu)選的，所述聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管中，所述半導(dǎo)體性碳納米管質(zhì)量含量 占全部碳納米管的99.9 %W上。
[0011] 本發(fā)明還公開了一種碳納米管薄膜晶體管的制備方法，包括W下步驟：
[001 ^ 審恪襯底；
[0013]在所述襯底上制備柵極；
[0014] 在所述柵極表面形成有機(jī)絕緣層；
[0015]在所述有機(jī)絕緣層上制備聚3-己基嚷吩層；
[0016] 所述聚3-己基嚷吩層上制備碳納米管聚3-己基嚷吩混合層；
[0017] 在所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層上形成源極和漏極，得到碳納米管薄膜晶體 管。
[0018] 優(yōu)選的，所述制備聚3-己基嚷吩層的方法為:將聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中涂 覆于有機(jī)絕緣層表面，真空退火，然后在室溫真空條件下靜置。
[0019] 優(yōu)選的，所述制備聚3-己基嚷吩層的方法為:將聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中涂 覆于有機(jī)絕緣層表面，在25~240°C下真空退火5~15分鐘，然后在室溫真空條件下靜置。
[0020] 優(yōu)選的，所述制備聚3-己基嚷吩層的方法為:將聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中涂 覆于有機(jī)絕緣層表面，在25~240°C下真空退火5~15分鐘，然后在室溫真空條件下靜置20 ~30小時(shí)。
[0021] 優(yōu)選的，所述制備碳納米管聚3-己基嚷吩混合層的方法為：
[0022] 將單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中，超聲混合后，離屯、分離，得到聚 3-己基嚷吩包裹的碳納米管；
[0023] 將聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管溶于有機(jī)溶劑后，涂覆在聚3-己基嚷吩層表面， 干燥后，得到碳納米管聚3-己基嚷吩混合層。
[0024] 優(yōu)選的，所述制備聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管的方法包括：
[0025] 將單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中，超聲混合后，離屯、分離，所述離 屯、的轉(zhuǎn)速為13000~15000轉(zhuǎn)，離屯、時(shí)間為5~10分鐘，得到聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管， 其中所述半導(dǎo)體性碳納米管質(zhì)量含量占全部碳納米管的99.9%W上。
[00%]優(yōu)選的，所述單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩的體積比（8~15): 1。
[0027] 優(yōu)選的，所述制備襯底的方法為:在彈性橡膠上利用溶液法制備絲素蛋白柔性襯 底。
[0028] 優(yōu)選的，還包括，在制備形成源極和漏極后，剝離彈性橡膠。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的碳納米管薄膜晶體管W聚3-己基嚷吩層和碳納米管聚 3-己基嚷吩混合層共同構(gòu)成半導(dǎo)體層。其中，碳納米管聚3-己基嚷吩混合層中的半導(dǎo)體性 碳納米管的含量較高，基本避免了含有金屬性碳納米管，因此保證了薄膜晶體管的電學(xué)性 能。而且，所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層與所述聚3-己基嚷吩層通過3I-3I鍵連接，形成 一種碳納米管薄膜晶體管的半導(dǎo)體層立體通道，從而使制得的碳納米管薄膜晶體管具有了 較高的電學(xué)性能，如高遷移率及高開關(guān)比。
[0030] 進(jìn)一步的，所述碳納米管薄膜晶體管還可W柔性材料作為襯底，從而適用于精細(xì) 工作及測(cè)量使用，尤其適用于醫(yī)療及可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，體外或植入人體內(nèi)部的醫(yī)療監(jiān)測(cè)及 治療的器件應(yīng)用。
【附圖說明】
[0031 ]圖1表示現(xiàn)有碳納米管薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2表示本發(fā)明的碳納米管薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖3表示聚3-己基嚷吩層的晶相說明原理圖；
[0034] 圖4表示本發(fā)明慢性成膜法制備的有機(jī)高分子RR-P3HT層GIXRD圖譜；
[0035] 圖5表示普通成膜法制備的有機(jī)高分子RR-P3HT層GIX畑圖譜；
[0036] 圖6表示本發(fā)明中碳納米管薄膜晶體管的半導(dǎo)體層立體通道示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，運(yùn)些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0038] 本發(fā)明實(shí)施例公開了一種碳納米管薄膜晶體管，包括襯底，設(shè)置于襯底上的柵極， 設(shè)置于所述柵極表面的有機(jī)絕緣層，設(shè)置于所述有機(jī)絕緣層上的半導(dǎo)體層，設(shè)置于所述半 導(dǎo)體層上的源極和漏極。
[0039] 本發(fā)明改進(jìn)了所述半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層為依次設(shè)置的聚3-己基嚷吩（RR-P3HT)層和碳納米管聚3-己基嚷吩混合（SC-SWCNT/RR-P3HT)層，所述聚3-己基嚷吩層設(shè)置 于有機(jī)絕緣層與碳納米管聚3-己基嚷吩混合層之間。
[0040] 所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層由聚3-己基嚷吩包裹的半導(dǎo)體性碳納米管制 成。具體的制備方法為:將單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中，超聲混合后，離 屯、分離，得到聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管；
[0041] 將聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管溶于有機(jī)溶劑后，涂覆在聚3-己基嚷吩層表面， 干燥后，得到碳納米管聚3-己基嚷吩混合層。
[0042] 所述方法中，所述單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩的體積比優(yōu)選為(8~15): 1。所述 離屯、的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為13000~15000轉(zhuǎn)，離屯、時(shí)間優(yōu)選為5~10分鐘。經(jīng)過離屯、后，聚3-己基嚷 吩將選擇性的包裹于半導(dǎo)體性碳納米管上，自然完成了對(duì)于半導(dǎo)體性碳納米管和金屬性碳 納米管的分離。得到的聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管中，半導(dǎo)體性碳納米管質(zhì)量含量占全 部碳納米管的99.9 %W上，有效避免了金屬性碳納米管的滲入。
[0043] 所述聚3-己基嚷吩層優(yōu)選為經(jīng)過慢性成膜處理得到。所述慢性成膜處理具體為：
[0044] 將聚3-己基嚷吩溶于有機(jī)溶劑中涂覆于絕緣層表面，真空退火，然后在室溫真空 條件下靜置。所述真空退火的溫度為25~240°C，更優(yōu)選為100~200°C，最優(yōu)選為150°C。所 述真空退火的時(shí)間優(yōu)選為5~15分鐘，更優(yōu)選為10分鐘。所述靜置的時(shí)間優(yōu)選為20~30小 時(shí)。經(jīng)過運(yùn)種慢性成膜處理，聚3-己基嚷吩層將呈現(xiàn)明顯立體的共輛微晶粒薄片的生長(zhǎng)方 式，完成一種自我的聚3-己基嚷吩層生長(zhǎng)過程中的自組織生長(zhǎng)。
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