[发明专利]一种基于ZnSnO纳米纤维的场效应晶体管制备方法

说明书

本发明公开了一种基于ZnSnO纳米纤维的场效应晶体管制备方法，首先进行ZrO₂前驱体溶液的制备，选用P型低阻硅作为衬底和栅电极进行清洗，制备ZrO₂薄膜，制备ZnSnO前驱体溶液，再将聚乙烯吡咯烷酮加入ZnSnO前驱体溶液中，采用静电纺丝法制备ZnSnO纳米纤维，本发明的有益效果是能够实现低成本且工业化生产，其整体工艺简单，原理可靠。

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，涉及一种金属氧化物高介电常数(简称高k)薄膜和金属氧化物半导体的制备方法。

背景技术

过去近半个世纪，人类科技文明获得了突飞猛进的发展进步，电子技术的高速发展毫无疑问是推动人类文明进步的重要部分。21世纪将是电子科技的时代，人类可以用手机或更小的移动便携终端控制调节家庭的电器，使生活和工作更便利。这些产品全部都是由电子设备组成的，诸如智能手机、平板电脑、电视机等。以上提及的电子设备驱动部分均是由场效应晶体管(Field effect transistor,FET)作为放大器或开关所组成的门电路构成的。由于不同有源层材料对场效应晶体管的性能有着很大的影响，因此人们研究了大量不同材料的场效应晶体管，其中有机物材料制成的场效应晶体管制备成本低但受到载流子迁移率低的限制；而无机金属氧化物场效应晶体管不仅迁移率高、制备工艺简单、稳定性强、透明度好，而且能够大规模的生产，展现了巨大的应用前景。但每一种金属氧化物半导体材料都有它本身所具有的特性，不可能满足所有的应用要求。目前应用较多的是单掺杂的材料，用途有些局限，性能比较单一，很难满足所有的应用要求。为了开发适合特殊用途的场效应晶体管材料，可以将各种金属氧化物材料(如ZnO,SnO₂等)进行组合，制备出一些具有新特点的材料。虽然ITO半导体材料的研究和应用最为广泛和成熟，在美日等国已产业化生产。但是，In是一种稀有金属，只能作为副产品去开采，蕴藏量和产量都十分有限，价格较高，并且随着资源的消耗还会更加昂贵。一方面，Zn和Sn由于自然界存储量大和成本低，一直被视为理想的有源层材料的候选者。另一方面，未来的社会要求使用全绿色低成本和可循环利用的材料，这些材料也应与经济上可行的工艺技术相兼容。

静电纺丝又称电纺技术，是聚合物流体或熔体在高压电场作用下从喷嘴进行喷射拉伸而获得固体纳米级纤维的纺丝方法(Adv.Mater.16,1151,2004)。1934年，由Formhals发明了一种用静电推力使丙酮作溶剂的醋酸纤维素溶液产生聚合物细丝的设备，并且申请了专利，此后较多研究者对静电纺丝进行了研究。20世纪90年代以后，随着纳米材料和纳米技术研究的兴起，静电纺丝技术引起人们的重视。利用静电纺丝方法制备的纤维除直径小的特点外，还具有诸多优势如纤维取向各向异性、比表面积大、孔隙率高、精细程度一致、均一性高、长径比大等优点，使其在化学、物理(热、光、电磁等)学等领域具有特殊性质，因而在医药、工业、国防等方面具有巨大的应用潜力，引起研究者浓厚的兴趣。需要注意的是，静电纺丝技术不只可以制备聚合物纤维，还可以制备复合纤维和氧化物纤维。当金属氧化物的材料优势和静电纺丝的技术优势相结合的时候，一幅美好的微电子技术发展路线图呈现在我们面前。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZnSnO纳米纤维的场效应晶体管制备方法，解决了传统金属氧化物场效应晶体管制备成本昂贵，工艺复杂，难以工业化生产或者可靠性差的难题。本发明的有益效果是能够实现低成本且工业化生产，其整体工艺简单，原理可靠，制备时间短，且制备的场效应晶体管性能高，稳定性好，成本低，应用前景广阔，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

(1)ZrO₂前驱体溶液的制备：将Zr(NO₃)₄·5H₂O溶于N，N二甲基甲酰胺中，在室温下磁力搅拌形成澄清透明的ZrO₂前驱体溶液；