[发明专利]具有通过使用钙钛矿薄单晶形成的光敏场效应晶体管

说明书

本发明提供了使用钙钛矿薄单晶形成的光敏场效应晶体管，其结构包括光源、底部栅电极、底栅绝缘层、光敏层、源电极和漏电极。该结构的光敏场效应晶体管，底栅绝缘层覆于底栅之上，光敏层覆于底栅绝缘层之上，源、漏电极覆于光敏层的两侧，中间部分形成沟道。本发明提供的具有通过使用钙钛矿薄单晶形成的光敏场效应晶体管克服了钙钛矿晶界所造成的负面影响，从而有效地提高了电荷的传输，且钙钛矿薄单晶这种材料作为光敏层在光照条件下可以产生足够多的光生载流子，使电子和空穴的迁移率均有显著地提升，进而影响其阈值电压、陷阱密度，实现了对电流的放大。

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体涉及具有通过使用钙钛矿薄单晶形成的光敏场效应晶体管。

背景技术

具有独特结构的新材料——钙钛矿AMX₃(A＝有机或无机阳离子，M＝金属阳离子和X＝卤素阴离子)，使其具有了优异的光电性能，如较高的光吸收系数、较长的载流子寿命以及超长的载流子传输长度等。自2009年以来混合卤化物钙钛矿这种新型材料已经被广泛地用在太阳能电池、光电探测器以及发光二极管等光电子器件中。但这种材料在空气中性质比较不稳定，而全无机钙钛矿CsPbBr₃不但具有较高的光和热稳定性、以及优异的光致发光量子效率，而且它还具有优异的光响应性能。

到目前为止，钙钛矿形态可以分为多晶薄膜、纳米线、纳米片、纳米棒、量子点、大块单晶、以及其他形态。在所有形态中，由于薄单晶具有很少的缺陷和晶界，其较其他形态具有更优异的电荷传输特性。但是，电荷传输——这一基本性质，目前很少有人探索，其重要的原因是目前用于太阳能电池、光电探测器以及LED等光电子器件中的钙钛矿大多是几百纳米尺寸多晶的薄膜，其尺寸比沟道L小很多，而且在水平方向上，晶界将是影响电荷传输的一个重要原因。

目前，在此领域已经有了一些开创性的研究，揭示了钙钛矿材料的电荷传输的本质。例如，Cesare等人首次报道了CH₃NH₃PbI₃在78K温度下具有双极性特性；Duan组研究了CH₃NH₃PbI₃在不同温度和不同界面材料下的电荷转移特性；Henning组发现载流子的迁移具有温度依赖性，并揭示了三种不同温度状态下的负迁移系数；曾等利用二维材料做界面修饰材料，制备了基于CsPbBr₃的场效应晶体管。

发明内容

有鉴如此，有必要针对晶界对电荷传输产生的负面影响，提供具有通过使用钙钛矿薄单晶形成的光敏场效应晶体管。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种使用钙钛矿薄单晶形成的光敏场效应晶体管，包括光源、底部栅电极、底栅绝缘层、光敏层、源电极和漏电极，所述的光敏层材料为钙钛矿单晶，其中：

底栅绝缘层覆于底栅之上，光敏层覆于底栅绝缘层之上，源、漏电极覆于光敏层的两侧，中间部分形成沟道。

在一些较佳的实施例中，所述钙钛矿薄单晶的晶体结构为立方相结构、四方相结构和正交相结构。

在一些较佳的实施例中，所述光源以氙灯、汞灯、白炽灯、LED灯作为光源。

在一些较佳的实施例中，所述光源为激光光源。

在一些较佳的实施例中，所述光敏场效应晶体管采用左右对称结构。

在一些较佳的实施例中，所述光敏场效应晶体管底部栅电极材料为Si。

在一些较佳的实施例中，所述光敏场效应晶体管底栅绝缘层材料为SiO₂、聚甲基丙烯甲酯、CYTOP中的一种。

在一些较佳的实施例中，所述光敏场效应晶体管的栅、源、漏电极材料为金、铂、银、铝中的一种。