[发明专利]一种柔性瞬态硅薄膜光电晶体管及制作方法

说明书

本发明公开了一种柔性瞬态硅薄膜光电晶体管，主要解决现有光电晶体管不具有柔性可穿戴与瞬态可降解性的问题，其自下而上包括衬底(1)、粘附层(2)、硅薄膜活性层(3)、金属电极(5)、二氧化硅钝化层(6)，其中衬底(1)采用柔性瞬态氧化铟锡/聚乳酸衬底；硅薄膜活性层(3)与金属电极(5)之间设有二氧化钛插入层(4)，以改善源漏极的欧姆接触；二氧化硅钝化层(6)上淀积有氧化锌种子层(7)，为氧化锌纳米线的生长提供成核位置；氧化锌种子层(7)上生长有氧化锌纳米线(8)，以减少光的反射，增加大角度入射光的吸收。本发明具有柔性和瞬态溶解的特性，可用于光通讯、物体检测、光耦合及柔性可穿戴与瞬态自销毁。

技术领域

本发明属于半导体光电器件领域，特别涉及一种柔性瞬态硅薄膜光电晶体管，可用于光通讯、物体检测、光耦合及柔性可穿戴与瞬态自销毁。

技术背景

当今社会，柔性瞬态电子技术正在改变人们制造和使用电子器件的方式。许多现有的应用场合，如人体可植入电子器件，就需要良好的柔性与瞬态可控的降解性，只有满足这两种特性的器件才可以在人体复杂的环境中正常工作，并在其完成任务之后自然降解，以避免对人体的伤害。再比如，军事领域中，经常有在战场上遗留下具有核心技术的武器芯片被敌方获取而泄密的事件发生，为了避免核心技术被敌方窃取，美国国防部高级研究计划局于2013年启动了“消失可编程资源”(Vanishing Programmable Resources，VAPR)项目开发出可自行降解的革命性电子器件。柔性瞬态电子技术正在推动诸多领域的进步，为许多未来的应用，例如生物电子、电子皮肤和物联网等应用打下了坚实的基础,也吸引了各国政府和工业界的广泛关注与持续性资金投入。柔性瞬态电子技术在过去的几年中从纳米结构的器件到电子印刷的电路得到了显著的发展，且具有柔性的无机半导体薄膜的出现促进了高性能电子器件的制造与发展。然而，由于工艺技术与柔性瞬态衬底材料的限制，现行的柔性瞬态器件的制备在大多数情况下需在≤150℃条件下完成，而在低温工艺下晶体管难以形成良好的欧姆接触。

光电晶体管是许多光电系统中的关键器件。在许多重要领域如空间通信、航空航天、质量监控、火焰监测、工业质量控制、光学成像、光电电路、军事监控等有着重要的作用。因单晶硅的迁移率较高，对400-1100nm的波长具有良好的响应，且成本低廉，而被普遍用于的光电晶体管的制作。然而利用其制作的光电晶体管由于平整光滑的表面会反射掉很大部分的光，并且可能根本无法获取大角度入射的光，从而一定程度上限制了它的应用。为了克服这个问题，人们进行了关于无机半导体纳米结构的研究，如：ZnS、InSe、CdS、CdSe以及金属氧化物半导体如ZnO、CeO₂、V₂O₅，其中氧化锌具有瞬态可降解特性，且用其制作而成的氧化锌纳米线可以有效减少光的反射，并增加大角度入射光的吸收。如果将具有光减反、可降解特性的氧化锌纳米线应用在硅薄膜光电晶体管的制作中，即可解决上述问题，减少光的反射，并增加大角度入射光的吸收。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种柔性瞬态硅薄膜光电晶体管及制作方法，以改善低温工艺下晶体管的欧姆接触；减少光的反射，并增加大角度入射光的吸收。

为实现上述目的，本发明柔性瞬态硅薄膜光电晶体管，自下而上包括：柔性瞬态衬底、粘附层、硅薄膜活性层、金属电极、二氧化硅钝化层，其特征在于：

在硅薄膜活性层与金属电极之间设有二氧化钛插入层，以改善源漏极的欧姆接触；

在二氧化硅钝化层上淀积有氧化锌种子层，以为氧化锌纳米线的生长提供成核位置，促进氧化锌纳米线的生长；

在氧化锌种子层上生长有氧化锌纳米线，以减少光的反射，并增加大角度入射光的吸收。

进一步，所述二氧化钛插入层的厚度为0.5-1nm。

进一步，所述氧化锌种子层的厚度为100-200nm。