[发明专利]一种UV光前处理制备氧化铟/氧化铝纳米纤维场效应晶体管的方法

摘要

本发明属于静电纺丝纳米纤维场效应晶体管制备技术领域，涉及一种UV光前处理制备氧化铟/氧化铝纳米纤维场效应晶体管的方法；其工艺步骤主要包括：制备Al₂O₃高k介质薄膜、制备纳米纤维、UV光处理、高温煅烧、光刻定型和离子束沉积源漏电极；其基于Al₂O₃高k介电层的纳米纤维器件，操作电压将显著降低，显著降低能耗，有利于在移动设备中的集成；制得的Al₂O₃高k栅介质层的禁带宽度为8.7eV，介电常数达到6.7，其高介电特性完全符合现代显示技术对于高k材料的要求；并且Al₂O₃薄膜本身具有的高透过率完全符合透明电子器件的要求；其制备低成本，工艺简单，原理可靠，产品性能好，器件稳定性好，应用前景广阔。

主权项

1.一种UV光前处理制备氧化铟/氧化铝纳米纤维场效应晶体管的方法，其特征在于制备工艺步骤主要包括：(1)制备Al₂O₃高k介质薄膜：先将硝酸铝加入N，N二甲基甲酰胺中，配制浓度为0.3摩尔/升的Al₂O₃介电层前驱体溶液，在磁力搅拌器中旋转6小时，得到纯净透明的介电层前驱体溶液，静置24小时备用；采用单面抛光电阻率小于0.0015Ω·cm的P型低阻硅作为衬底，用氢氟酸、丙酮和酒精依次对低阻硅衬底超声波清洗各10分钟，再用去离子水冲洗后用高纯氮气吹干备用；使用匀胶机在P型低阻硅衬底上旋涂Al₂O₃介电层前驱体溶液，匀胶机先设置500转/分匀胶旋涂5秒，然后设置5000转/分匀胶旋涂30秒后放置于150℃的烤胶台上烘烤10分钟，再对其进行高温600℃退火，退火时间为2小时，得到厚度为30纳米的Al₂O₃高k介质薄膜；(2)制备纳米纤维：将0.2克氯化铟、0.8克即130万分子量的聚乙烯吡咯烷酮加入到5ml N，N二甲基甲酰胺中，用磁力搅拌器旋转12小时，得到透明的粘性的前驱体溶液备用；将步骤1制备得到的Al₂O₃高k介质薄膜放置在静电纺丝装置接收端，静电纺丝装置针头处连接直流高压电源，接收端距离针头为15cm；设置注射泵推进速度为0.5毫升/小时，直流高压为15千伏，在电场力、库仑力、表面张力等作用下，前驱体溶液喷出并剧烈抖动，纳米纤维直径显著下降，最后被接收端接受，得到均匀分布的In₂O₃复合纳米纤维；(3)UV光处理：将步骤2制备的In₂O₃复合纳米纤维放置距离高压汞灯15cm，用高压汞灯产生的UV光处理30分钟，其中汞灯波长范围为100‑400纳米，功率为1000瓦，处理后得到具有良好粘附性和界面状态的光处理In₂O₃复合纳米纤维；其紫外‑可见吸收光谱分析表明In₂O₃复合纳米纤维对波长为350纳米以下的UV光具有很强的光吸收；(4)高温煅烧：对步骤3得到的光处理In₂O₃复合纳米纤维进行500℃高温煅烧90分钟，分解其中的有机物，形成得到In₂O₃纳米纤维网络；(5)光刻定型：用匀胶机在步骤4中制得的In₂O₃纳米纤维网络上旋涂光刻胶，匀胶机先设置500转/分匀胶旋涂5秒，然后在3000转/分匀胶旋涂30秒，涂抹至光刻胶胶厚度为2微米，然后置于100℃下烘箱内烘烤10分钟；再利用掩膜版在光刻机上对涂抹光刻胶后的In₂O₃纳米纤维网络用200W交流高压汞灯进行紫外曝光25秒；将曝光后的In₂O₃纳米纤维网络放入显影液中，显影时间30秒后用去离子水反复冲洗，高纯氮气吹干；将显影完全的In₂O₃纳米纤维网络放入120℃烘箱烘烤20分钟；用稀释的盐酸溶液将烘烤后露出的In₂O₃纳米纤维网络刻蚀定型，然后用丙酮将未曝光的光刻胶洗掉，再用去离子水反复冲洗，高纯氮气吹干，得到定型In₂O₃纳米纤维网络；(6)离子束沉积源漏电极：将步骤5中制得的定型In₂O₃纳米纤维网络放入离子束室并遮蔽，设置离子束室真空度为3×10^‑4Pa，氩气流量为4SCCM，将离子束的灯丝电流加至4A后预热5分钟；待灯丝预热完成后设置加速电流为10mA、放电电压70V和工作气压4×10^‑2Pa；对Au、Ti或Al靶材预溅射10分钟，以便去除Au、Ti或Al靶材表面的污染物；再将遮蔽的定型In₂O₃纳米纤维网络暴露并移至相应的Au、Ti或Al靶位，在保持上述参数不变的情况下再次对靶材进行溅射60分钟，使得In₂O₃纳米纤维网络沉积Au、Ti或Al金属薄膜，即制得氧化铟/氧化铝纳米纤维场效应晶体管。