本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)光電高速器件的需求與日俱增，并對(duì)器件的性能不斷提出更高更細(xì)致的要求。近年來，隨著可見光無線通訊技術(shù)以及電路耦合技術(shù)的崛起，市場(chǎng)對(duì)可見光波段的光電高空穴遷移率晶體管(High Hole Mobility Transistor,簡(jiǎn)稱HHMT)提出了新的要求。

然后，如何制作成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單，且電轉(zhuǎn)換效率高的光電P型HHMT器件仍然是當(dāng)前亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管及其制備方法。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的制備方法，包括：

選取Al₂O₃材料作為襯底材料；

采用第一掩膜版在所述襯底材料表面形成源漏電極；

在所述襯底材料及所述源漏電極表面生長(zhǎng)空穴傳輸層；

采用第二掩膜版在所述空穴傳輸層表面生長(zhǎng)CH₃NH₃PbI₃材料形成光吸收層；

采用第三掩膜版在所述光吸收層表面生長(zhǎng)形成柵電極材料，以完成所述P型HHMT晶體管的制備。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第一掩膜版在所述襯底材料表面形成源漏電極，包括：

采用氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備的濺射腔體進(jìn)行清洗后抽真空；

選取質(zhì)量比純度≥99.99%的第一金屬材料作為濺射靶材，以質(zhì)量百分比純度≥99.999%的氬氣作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4~1.3×10^-3Pa的條件下在所述襯底材料表面形成所述源漏電極。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述襯底材料及所述源漏電極表面生長(zhǎng)空穴傳輸層，包括：

配制濃度為72.3mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，并加入濃度為520mg/mL鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和300mg/mL鈷鹽的乙腈溶液，以體積比為10:17:11在常溫下攪拌，得到Spiro-OMeTAD溶液；

將所述Spiro-OMeTAD溶液滴加至所述襯底材料及所述源漏電極表面并旋涂，形成所述空穴傳輸層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第二掩膜版在所述空穴傳輸層表面生長(zhǎng)CH₃NH₃PbI₃材料形成光吸收層，包括：

將PbI₂和CH₃NH₂I先后加入DMSO:GBL中，形成得到PbI₂和CH₃NH₂I的混合溶液；

將PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液攪拌后靜置得到所述CH₃NH₃PbI₃溶液；

采用所述第二掩膜版，在所述空穴傳輸層表面旋涂所述CH₃NH₃PbI₃材料以形成所述光吸收層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在所述空穴傳輸層表面旋涂所述CH₃NH₃PbI₃材料以形成所述光吸收層，包括：

采用所述第二掩膜版，利用單一旋涂法在所述空穴傳輸層表面旋涂厚度為200~300nm的所述CH₃NH₃PbI₃材料；

在溫度為100℃下退火處理形成所述光吸收層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用第三掩膜版在所述光吸收層表面生長(zhǎng)形成柵電極材料，包括：

采用氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備的濺射腔體進(jìn)行清洗后抽真空；

選取質(zhì)量比純度≥99.99%的第二金屬材料作為濺射靶材，以質(zhì)量百分比純度≥99.999%的氬氣作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4~1.3×10^-3Pa的條件下在所述光吸收層表面形成所述柵電極材料。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管，其中，所述P型HHMT晶體管由上述實(shí)施例中任一所述的方法制備形成。

本發(fā)明實(shí)施例，由于該P(yáng)型HHMT晶體管采用空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，并采用CH₃NH₃PbI₃材料向溝道提供大量的空穴，具有遷移率高，開關(guān)速度快，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的俯視示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的制備方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第一掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第二掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第三掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦作為新型染料敏化太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵原料，在國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能電池領(lǐng)域成為重點(diǎn)研究方向，同時(shí)也是光電高器件的重要原材料之一。CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)隨著溫度的變化有而變化，在-111℃以下是正交晶體結(jié)構(gòu)，在-111℃~54℃為四方晶體結(jié)構(gòu)，54℃以上為立方晶體結(jié)構(gòu)，而晶體結(jié)構(gòu)的改變伴隨著能量的釋放，這就是CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦的導(dǎo)電原理，也是晶體產(chǎn)生同素異構(gòu)的原因，因此高的光電轉(zhuǎn)換效率也是CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦的最主要的特性。

請(qǐng)參見圖1及圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的截面示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的俯視示意圖。該P(yáng)型HHMT晶體管包括襯底1、源漏電極2、空穴傳輸層3、光吸收層4、柵電極5。襯底1、源漏電極2、空穴傳輸層3、光吸收層4、柵電極5的材料按順序由下至上豎直分布，形成多層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成P型HHMT晶體管。所述的襯底1采用藍(lán)寶石(Al₂O₃)襯底；所述源漏電極3優(yōu)選采用金(Au)材料；所述光吸收層5為CH₃NH₃PbI₃材料；所述柵電極6優(yōu)選采用金(Au)材料。

請(qǐng)參見圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT晶體管的制備方法流程示意圖。該方法包括如下步驟：

步驟a、選取Al₂O₃材料作為襯底材料；

步驟b、采用第一掩膜版在所述襯底材料表面形成源漏電極；

步驟c、在所述襯底材料及所述源漏電極表面生長(zhǎng)空穴傳輸層；

步驟d、采用第二掩膜版在所述空穴傳輸層表面生長(zhǎng)CH₃NH₃PbI₃材料形成光吸收層；

步驟e、采用第三掩膜版在所述光吸收層表面生長(zhǎng)形成柵電極材料，以完成所述P型HHMT晶體管的制備。

對(duì)于步驟b，可以包括：

步驟b1、采用氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備的濺射腔體進(jìn)行清洗后抽真空；

步驟b2、選取質(zhì)量比純度≥99.99%的第一金屬材料作為濺射靶材，以質(zhì)量百分比純度≥99.999%的氬氣作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4~1.3×10^-3Pa的條件下在所述襯底材料表面形成所述源漏電極。

其中，所述第一金屬材料為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt。

對(duì)于步驟c，可以包括：

步驟c1、配制濃度為72.3mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，并加入濃度為520mg/mL鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和300mg/mL鈷鹽的乙腈溶液，以體積比為10:17:11在常溫下攪拌，得到Spiro-OMeTAD溶液；

步驟c2、將所述Spiro-OMeTAD溶液滴加至所述襯底材料及所述源漏電極表面并旋涂，形成所述空穴傳輸層。

對(duì)于步驟d，可以包括：

步驟d1、將PbI₂和CH₃NH₂I先后加入DMSO:GBL中，形成得到PbI₂和CH₃NH₂I的混合溶液；

步驟d2、將PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液攪拌后靜置得到所述CH₃NH₃PbI₃溶液；

步驟d3、采用所述第二掩膜版，在所述空穴傳輸層表面旋涂所述CH₃NH₃PbI₃材料以形成所述光吸收層。

其中，步驟d3可以包括：

步驟d31、采用所述第二掩膜版，利用單一旋涂法在所述空穴傳輸層表面旋涂厚度為200~300nm的所述CH₃NH₃PbI₃材料；

步驟d32、在溫度為100℃下退火處理形成所述光吸收層。

對(duì)于步驟e，可以包括：

步驟e1、采用氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備的濺射腔體進(jìn)行清洗后抽真空；

步驟e2、選取質(zhì)量比純度≥99.99%的第二金屬材料作為濺射靶材，以質(zhì)量百分比純度≥99.999%的氬氣作為濺射氣體通入濺射腔，在真空度為6×10^-4~1.3×10^-3Pa的條件下在所述光吸收層表面形成所述柵電極材料。

其中，所述第二金屬材料例如為Au、Al、Ti、Ni、Ag或Pt，但不以此為限。

本發(fā)明實(shí)施例，通過采用空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，克服了P型HHMT晶體管中電子空穴復(fù)合，光電轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明的P型HHMT器件由CH₃NH₃PbI₃材料向溝道提供大量的空穴，具有遷移率高，開關(guān)速度快，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)施例二

請(qǐng)參見圖4至圖6，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第一掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第二掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種第三掩膜版的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對(duì)本發(fā)明的P型HHMT晶體管的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明如下：

步驟1：準(zhǔn)備襯底藍(lán)寶石Al₂O₃，厚度為200μm-600μm。

襯底選用藍(lán)寶石Al₂O₃理由：由于其價(jià)格低廉，且絕緣性能好，有效的防止P型HHMT高空穴遷移率晶體管的縱向漏電。

襯底也可選用200μm-600μm硅襯底熱氧化1μm的SiO₂替代，但替代后絕緣效果變差，且制作過程更為復(fù)雜。

步驟2：請(qǐng)參見圖4，在步驟1所準(zhǔn)備的藍(lán)寶石襯底上使用第一掩膜版，通過磁控濺射源漏電極Au。

濺射靶材選用質(zhì)量比純度≥99.99%的金，以質(zhì)量百分比純度≥99.999%的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4~1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20~30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W~100W的條件下，制備源漏電極金，電極厚度為100nm~300nm。

源漏電極可選用Al、Ti、Ni、Ag、Pt等金屬替代。其中Au、Ag、Pt化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；Al、Ti、Ni成本低。

步驟3：在襯底和源漏電極上旋涂空穴傳輸層Spiro-OMeTAD材料。

配制濃度為72.3mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，加入520mg/mL鋰鹽的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和300mg/mL鈷鹽的乙腈溶液，三者體積比為10:17:11，常溫?cái)嚢?h，即得到Spiro-OMeTAD溶液；將Spiro-OMeTAD溶液滴加到所準(zhǔn)備的襯底和源漏電極上，然后進(jìn)行旋涂，即得到Spiro-OMeTAD空穴傳輸層，傳輸層厚度為50~200nm。

步驟4：請(qǐng)參見圖5，使用第二掩膜版，在空穴傳輸層Spiro-OMeTAD材料上旋涂光吸收層CH₃NH₃PbI₃材料。

采用單一旋涂法在步驟3所得Spiro-OMeTAD空穴傳輸層上使用第二掩膜版隔離旋涂CH₃NH₃PbI₃光吸收層，將654mg的PbI₂和217mg的CH₃NH₂I先后加入DMSO:GBL中，得到PbI₂和CH₃NH₂I的混合溶液；將PbI₂和CH₃NH₃I的混合溶液在80攝氏度下攪拌兩小時(shí)，得到攪拌后的溶液；將攪拌后的溶液在80攝氏度靜置1小時(shí)，得到CH₃NH₃PbI₃溶液；將CH₃NH₃PbI₃溶液滴加到步驟3所得的Spiro-OMeTAD薄膜上，使用第二掩膜版隔離區(qū)域，用勻膠機(jī)旋涂均勻，在100攝氏度下退火20分鐘，形成CH₃NH₃PbI₃光吸收層，光吸收層厚度為200~300nm。

步驟5：請(qǐng)參見圖6，使用第三掩膜版，在光吸收層CH₃NH₃PbI₃上磁控濺射柵電極金材料。

采用磁控濺射工藝在步驟4所得光吸收層CH₃NH₃PbI₃上磁控濺射柵電極金材料，濺射靶材選用質(zhì)量比純度≥99.99%的金，以質(zhì)量百分比純度≥99.999%的Ar作為濺射氣體通入濺射腔，濺射前，用高純氬氣對(duì)磁控濺射設(shè)備腔體進(jìn)行5分鐘清洗，然后抽真空。在真空度為6×10^-4~1.3×10^-3Pa、氬氣流量為20~30cm³/秒、靶材基距為10cm和工作功率為20W~100W的條件下，制備柵電極金，電極厚度為100nm~300nm。

柵電極可選用Al、Ti、Ni、Ag、Pt等金屬替代。其中Au、Ag、Pt化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；Al、Ti、Ni成本低。

本發(fā)明提出了一種制備成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單的基于CH₃NH₃PbI₃材料的P型HHMT高電子遷移率晶體管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于本發(fā)明的晶體管采用空穴傳輸層傳輸空穴阻擋電子，克服了高電子遷移率晶體管中電子空穴復(fù)合，光電轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)；

2、本發(fā)明的晶體管采用由CH₃NH₃PbI₃向溝道提供大量的空穴，具有遷移率高，開關(guān)速度快，光電轉(zhuǎn)換效率大的優(yōu)點(diǎn)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。