一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法

一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体纳米材料与器件领域，具体涉及一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和社会的进步，人们对于信息存储、传递及其处理的依赖程度日益增加。而半导体器件和工艺技术作为信息的存储、传递及其处理的主要载体和物质基础，现已成为众多科学家争相研宄的热点。薄膜晶体管，作为一种非常重要的半导体器件，在信息存储、传递和处理等领域起着至关重要的作用。然而，截至目前为止，现有大规模使用薄膜晶体管，是一种基于微电子硅工艺的半导体器件。这种传统的基于硅微电子工艺薄膜场效应晶体管存在对设备要求高，制备工艺复杂，成本较高和器件整体性能有限，灵敏度、开关频率和速度有限等问题。并且，随着人们对于高性能薄膜晶体管要求的逐步提升，基于微电子硅工艺的薄膜场效应晶体管已难以满足当今信息社会对高灵敏度、高开关频率和开关速度的薄膜场效应晶体管的需求。
[0003]近年来，纳晶材料或量子点材料因其具有独特的电学、光学量子尺寸效应，为控制材料性能提供了除控制其化学组成之外的另一有效手段。尤其是当半导体量子点胶体通过自组装紧密堆积实现量子限域电子或空穴波函数的有效交叠和重合，将会形成一种新型的“人造固体”，这种人造固体不仅保留了量子点材料性能独特的可调性，同时，这种人造固体半导体材料也具有较高的载流子迀移率和电传导能力。这将为基于低成本、大面积溶液制备技术，实现量子点胶体有效组装，从而制备出新型基于量子点导电沟道光控薄膜晶体管提供了可能。此外，由于贵重金属材料表面和界面存在独特的等离子体激元，通过优化贵金属材料结构形状及其表面隔离壳层的厚度等，其表面等离子体外界光场或电场可以实现几十倍甚至上千倍剧增，因此，这为通过金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管制备提供了一种可能和新思路。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，本发明的制备方法新颖，制作成本低，制备工艺简单，可充分利用金属量子点等离子激元对于光场或电场增强调控效应及其半导体量子点膜层的量子尺寸效应，从而有效提高了光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道薄膜晶体管的灵敏度。
[0005]本发明采用如下技术方案实现:一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤:
步骤S1:选取一硅/ 二氧化硅衬底，所述的硅/ 二氧化硅衬底包括衬底硅以及设置于衬底硅表面的二氧化硅膜； 步骤S2:制备CdSe量子点溶液与金属/有机壳核量子点溶液，将得到的金属量子点核作为等离子激元增强中心，将金属量子点外包有机高分子壳作为隔离层；并在所述硅/二氧化硅衬底上制备一金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，用以作为导电沟道;
步骤S3:在覆盖有所述金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底上制备金属电极，得到金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的源极和漏极；
步骤S4:采用有机物封装，制备出基于光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道的薄膜晶体管，采用光照手段控制导电沟道载流子浓度。
[0006]进一步地，所述步骤S2的具体方法包括以下步骤:
步骤S21:制备CdSe量子点溶液的具体方法为:将氧化镉粉末、1-十四基磷酸以及三正丁基氧化膦排空加热条件下混合后制备成镉前驱体溶液；在惰性气体保护下将砸粉末溶于三丁基膦中，制备得到砸前驱体溶液；将砸前驱体溶液注入至镉前驱体溶液中生产混合溶液，将混合溶液降温至一第一温度后并保温一定时间；保温一定时间后移除热源并将混合溶液冷却降温至一第二温度，向所述混合溶液中注入甲醇溶液，得到相应的纳米晶沉淀，并经过离心、清洗得到CdSe量子点的氯仿或者甲苯溶液；
步骤S22:制备金属量子点溶液:将包括硝酸银与HAuC14的含金属离子化合物、亚油酸钠、无水乙醇以及亚油酸混合搅拌后依次通过水热反应、反复采用去离子水或无水乙醇高速离心清洗处理得到反应产物，最后将所述反应产物分散到环己烷中即可得到相应的金属量子点溶液；
步骤S23:制备金属/有机壳核量子点溶液:将聚酰胺酸溶液与金属量子点溶液按照比例混合浸泡一定时间后高速离心，并将表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金属量子点并采用阶梯热处理温度实现聚酰胺酸的聚酰亚胺化，通过浸泡、高速离心分离和热处理聚酰亚胺化工艺多次循环控制金属量子点表面的聚酰亚胺壳层厚度，形成金属/有机壳核量子点，并将金属/有机壳核量子点分散到环己烷中即可得到金属/有机壳核量子点溶液；
步骤S24:制备金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层:将硅/ 二氧化硅衬底采用硫酸/双氧水溶液高温清洗，再用去离子水清洗2-3次，并采用旋涂工艺将所述步骤S23中制备出的金属/有机壳核量子点溶液与所述步骤S21中制备出的CdSe量子点溶液按照比例混合后旋涂成膜，在二氧化硅膜表面形成一层金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，制得覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/二氧化硅衬底。
[0007]进一步地，所述步骤S21中镉前驱体溶液的制备温度为240°C -360°C ;砸前驱体溶液的制备温度为100-220°C ;混合溶液的生成温度为250°C -330°C ;混合溶液保温时间为lmin-20min ;第一温度为220°C -270°C ;第二温度为80°C -140°C ;所述CdSe量子点氯仿或者甲苯溶液中CdSe量子点浓度为5?10个/cm3。
[0008]进一步地，所述步骤S22中金属离子化合物:亚油酸钠:无水乙醇:亚油酸=0.3-1.0:1.0-2.0:5-15:0.5-2.5 ;溶液总体积占水热反应釜的40%_60% ;水热反应温度为20°C -200°C ;水热处理时间为30min-400min ;所述金属量子点溶液中金属量子点浓度为-10-20 个 /cm3。
[0009]进一步地，所述步骤S23中聚酰胺酸溶液与金属量子点溶液溶液比例为1-4:1 ；混合溶液浸泡时间为0.5h-24h;所述的阶梯温度热处理方式为:120°C /lh,180oC /lh，250°C /lh，300°C /lh ;循环工艺次数为1-5次。
[0010]进一步地，所述步骤S24中所述娃/ 二氧化娃衬底的面积为IcmX Icm ;金属/有机壳核量子点溶液与CdSe量子点溶液混合比例为1:1-4 ;金属/有机壳核量子点与CdSe量子点混合溶液旋涂工艺转数为1000-5000rpm。
[0011]进一步地，所述步骤S3的具体方法为:在覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的源极和漏极。
[0012]较佳的，所述图形化掩膜覆盖蒸镀工艺为采用图形化的金属掩膜覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底的表面，再在其表面进行蒸镀；所述源极与漏极设置于复合膜层表面，所述的源极和漏极面积均为200 μπιΧ300 μπι，间距为 10 ?50 μ m。
[0013]进一步地，所述步骤S4的具体方法为:采用有机物封装工艺，将聚酰胺酸溶液旋涂在覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/二氧化硅衬底表面成膜，并采用阶梯温度 热处理方式实现聚酰胺酸的聚酰亚胺化，得到基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管。
[0014]较佳的，所述步骤S4中的阶梯温度热处理方式为:120°C /IhasooC /lh,250°C /lh，300°C /lh。
[0015]与现有技术相比，本发明提供一种基于低成本、大面积溶液制备技术，实现金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合层在硅/二氧化硅衬底表面上可控制备，从而制备出一种新型的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，本发明基于常规的旋涂成膜工艺技术制备出以硅/ 二氧化硅为衬底，以金属量子点核作为等离子激元增强中心，以金属量子点核外包覆的有机高分子壳层作为隔离层，以光照手段控制导电沟道载流子浓度、以金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层为导电沟道、以金属电极分别引出相应的源极、漏极，最后再通过有机物封装制备出基于光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道的薄膜晶体管。本发明制备方法新颖，制作成本低，制备工艺简单，器件性能灵活可控。所制备的晶体管具有特殊金属量子点等离子体增强层和金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道层，因此，可充分利用金属量子点等离子激元对于光场或电场增强调控效应及其半导体量子点膜层的量子尺寸效应，从而有效提高了光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道薄膜晶体管的灵敏度，因此，在新型光电器件中将具有非常重要的应用前景。
[0016]
【附图说明】
[0017]图1为硅/ 二氧化硅衬底结构示意图；
图2为涂覆了金属/有机壳核量子点和半导体量子点复合膜层后的硅/二氧化硅衬底结构示意图； 图3为涂覆了金属/有机壳核量子点和半导体量子点复合膜层并镀电极后的硅/二氧化娃衬底结构不意图；
图4为封装后的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管结构示意图。
[0018]图5为基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的工作原理示意图。
[0019]标号说明:1为衬底娃，2为娃表面的二氧化娃膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层；8为辐照光方向，9为受增强光调控半导体CdSe量子点。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0021]实施例一。
[0022](I)分别称取0.0207g氧化镉粉末，0.112g 1-十四基磷酸和2.0g三正丁基氧化膦置入一 50ml三颈烧瓶中，先氩气排空30min，随后氩气保护下加热至240°C至溶质完全溶解形成透明溶液，即为镉前驱体溶液；随后将镉前驱体溶液反应器混合后并在100°C真空条件下处理0.5小时，再将反应器温度调整至250°C°C ;
(2)分别称取0.0316g砸粉、1.0g三丁基膦置入另一 50ml三颈烧瓶中，随后氩气保护下加热至100°C至溶质完全溶解形成透明溶液，即可得砸前驱体溶液；
(3)将砸前体溶液迅速注入到镉前体溶液中，随后将混合溶液温度降至220°C，并在此温度下保温Imin ;然后去掉热源，并冷却降温至80°C时，向混合液中注入甲醇溶液，得到相应的纳米晶沉淀，并经过离心、清洗得到CdSe量子点的氯仿或者甲苯溶液；
(4)分别按照比例称取硝酸银或HAuC14等含金属离子化合物:亚油酸钠:无水乙醇:亚油酸=0.3:1.0:5:0.5，随后将其混合物倒入反应釜中，并加入适量的去离子水，使混合液体积占反应釜总体积的40%，并搅拌混合均匀，在20°C温度条件下热处理30min，随后将反应产物反复去离子水/无水乙醇及其高速离心清洗处理，最终产物分散到环己烷中即可得到相应的金属量子点溶液；
(5)称取Ig聚酰胺酸溶于99g二甲基甲酰胺中，磁力搅拌I小时，随后在600W功率下超声分散0.5小时，形成聚酰胺酸溶液，并与事先制备的金属量子点环己烷溶液按照1:1体积比混合、浸泡、高速离心，并将表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金属量子点采用阶梯热处理实现聚酰亚胺化，即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔离壳层。可通过浸泡、高速离心分离和热处理聚酰亚胺化工艺多次循环控制金属量子点表面的聚酰亚胺壳层厚度，形成金属/有机壳核量子点，并将金属/有机壳核量子点分散到环己烷中即可得到金属/有机壳核量子点溶液；
(6)取IcmXIcm大小、氧化层厚度为30nm的娃/ 二氧化娃衬底，图1为娃/ 二氧化娃衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜。将该硅/ 二氧化硅衬底在浓硫酸/少量双氧水溶液中高温清洗30min，再用去离子水清洗2次，并采用100rpm转速、60s旋涂时间将事先制备金属/有机壳核量子点溶液与CdSe量子点溶液按照1:1体积比混合，并旋涂到清洗后的硅/ 二氧化硅衬底上，在硅/ 二氧化硅衬底表面形成一层金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，制备得到金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层覆盖的硅/二氧化硅衬底样片；图2为涂覆了金属/有机壳核量子点和量子点复合膜层后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CMSe量子点。
[0023](7)在制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底样片上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为光控量子点薄膜晶体管的源极和漏极；其中源极和漏极面积为200 μ mX 300 μ m，源极与漏极间距为10 μπι;图3为涂覆了金属/有机壳核量子点和半导体量子点复合膜层并镀电极后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CMSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极。
[0024](8)采用100rpm转速、60s旋涂时间将聚酰胺酸溶液旋涂到已经制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层和镀电极后的硅/二氧化硅样片上，并经过相应的热处理聚酰亚胺化，即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔封装保护层；图4为封装后的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面的二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层；图5为基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的工作原理示意图。其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层，8为辐照光方向，9为受增强光调控半导体CdSe量子点。
[0025]实施例二。
[0026](I)分别称取0.0812g氧化镉粉末，0.336g 1-十四基磷酸和1.5g三正丁基氧化膦置入一 50ml三颈烧瓶中，先氩气排空80min，随后氩气保护下加热至300°C至溶质完全溶解形成透明溶液，即为镉前驱体溶液；随后将镉前驱体溶液反应器混合后并在120°C真空条件下处理2小时，再将反应器温度调整至300°C ;
(2)分别称取0.084g砸粉、3.0g三丁基膦置入另一 50ml三颈烧瓶中，随后氩气保护下加热至160°C至溶质完全溶解形成透明溶液，即可得砸前驱体溶液；
(3)将砸前体溶液迅速注入到镉前体溶液中，随后将混合溶液温度降至250°C，并在此温度下保温12min ;然后去掉热源，并冷却降温至120°C时，向混合液中注入甲醇溶液，得到相应的纳米晶沉淀，并经过 离心、清洗得到CdSe量子点的氯仿或者甲苯溶液；
(4)分别按照比例称取硝酸银或HAuC14等含金属离子化合物:亚油酸钠:无水乙醇:亚油酸=0.7:1.5:8:1.8，随后将其混合物倒入反应釜中，并加入适量的去离子水，使混合液体积占反应釜总体积的50%，并搅拌混合均匀，在120°C温度条件下热处理240min，随后将反应产物反复去离子水/无水乙醇及其高速离心清洗处理，最终产物分散到环己烷中即可得到相应的金属量子点溶液；
(5)称取4g聚酰胺酸溶于96g二甲基甲酰胺中，磁力搅拌2小时，随后在600W功率下超声分散1.0小时，形成聚酰胺酸溶液，并与事先制备的金属量子点环己烷溶液按照3:1体积比混合、浸泡、高速离心，并将表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金属量子点采用阶梯热处理实现聚酰亚胺化，即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔离壳层。可通过浸泡、高速离心分离和热处理聚酰亚胺化工艺多次循环控制金属量子点表面的聚酰亚胺壳层厚度，形成金属/有机壳核量子点，并将金属/有机壳核量子点分散到环己烷中即可得到金属/有机壳核量子点溶液；
(6)取IcmX Icm大小、氧化层厚度为200nm的娃/ 二氧化娃衬底，图1为娃/ 二氧化娃衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜。将该硅/ 二氧化硅衬底在浓硫酸/少量双氧水溶液中高温清洗30min，再用去离子水清洗2次，并采用3000rpm转速、60s旋涂时间将事先制备金属/有机壳核量子点溶液与CdSe量子点溶液按照1:3体积比混合，并旋涂到清洗后的硅/ 二氧化硅衬底上，在硅/ 二氧化硅衬底表面形成一层金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，制备得到金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层覆盖的硅/二氧化硅衬底样片；图2为涂覆了金属/有机壳核量子点和量子点复合膜层后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CMSe量子点。
[0027](7)在制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底样片上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为光控量子点薄膜晶体管的源极和漏极；其中源极和漏极面积为200 μ mX 300 μ m，源极与漏极间距为30 μ m ;图3为涂覆了金属/有机壳核量子点和量子点复合膜层并镀电极后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极。
[0028](8)采用2000rpm转速、60s旋涂时间将聚酰胺酸溶液旋涂到已经制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点CdSe复合层和镀电极后的硅/ 二氧化硅样片上，并经过相应的热处理聚酰亚胺化，即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔封装保护层；图4为封装后的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层；图5为基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的工作原理示意图。其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层，8为辐照光方向，9为受增强光调控半导体CdSe量子点。
[0029]实施例三。
[0030](I)分别称取0.1028g氧化镉粉末，0.448g 1_十四基磷酸和1.0g三正丁基氧化膦置入一 50ml三颈烧瓶中，先氩气排空120min，随后氩气保护下加热至360°C至溶质完全溶解形成透明溶液，即为镉前驱体溶液；随后将镉前驱体溶液反应器混合后并在130°C真空条件下处理3小时，再将反应器温度调整至330°C ;
(2)分别称取0.1264g砸粉、4.0g三丁基膦置入另一 50ml三颈烧瓶中，随后氩气保护下加热至220°C至溶质完全溶解形成透明溶液，即可得砸前驱体溶液；
(3)将砸前体溶液迅速注入到镉前体溶液中，随后将混合溶液温度降至270°C，并在此温度下保温20min ;然后去掉热源，并冷却降温至140°C时，向混合液中注入甲醇溶液，得到相应的纳米晶沉淀，并经过离心、清洗得到CdSe量子点的氯仿或者甲苯溶液；
(4)分别按照比例称取硝酸银或HAuC14等含金属离子化合物:亚油酸钠:无水乙醇:亚油酸=1.0: 2.0: 15: 2.5，随后将其混合物倒入反应釜中，并加入适量的去离子水，使混合液体积占反应釜总体积的60%，并搅拌混合均匀，在200°C温度条件下热处理400min，随后将反应产物反复去离子水/无水乙醇及其高速离心清洗处理，最终产物分散到环己烷中即可得到相应的金属量子点溶液；
(5)称取6g聚酰胺酸溶于94g二甲基甲酰胺中，磁力搅拌3小时，随后在600W功率下超声分散1.5小时，形成聚酰胺酸溶液，并与事先制备的金属量子点环己烷溶液按照4:1体积比混合、浸泡、高速离心，并将表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金属量子点采用阶梯热处理实现聚酰亚胺化，即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔离壳层。可通过浸泡、高速离心分离和热处理聚酰亚胺化工艺多次循环控制金属量子点表面的聚酰亚胺壳层厚度，形成金属/有机壳核量子点，并将金属/有机壳核量子点分散到环己烷中即可得到金属/有机壳核量子点溶液；
(6)取IcmXIcm大小、氧化层厚度为300nm的娃/ 二氧化娃衬底，图1为娃/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜。将该硅/ 二氧化硅衬底在浓硫酸/少量双氧水溶液中高温清洗30min，再用去离子水清洗2-3次，并采用5000rpm转速、60s旋涂时间将事先制备金属/有机壳核量子点溶液与CdSe量子点溶液按照1: 4体积比混合，并旋涂到清洗后的硅/ 二氧化硅衬底上，在硅/ 二氧化硅衬底表面形成一层金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，制备得到金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层覆盖的硅/ 二氧化硅衬底样片；图2为涂覆了金属/有机壳核量子点和CdSe量子点复合层后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点。
[0031](7)在制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底样片上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为光控量子点薄膜晶体管的源极和漏极；其中源极和漏极面积为200 μ mX 300 μ m，源极与漏极间距为50 μ m ;图3为涂覆了金属/有机壳核量子点和量子点复合膜层并镀电极后的硅/ 二氧化硅衬底结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极。
[0032](8)采用3000rpm转速、60s旋涂时间将聚酰胺酸溶液旋涂到已经制备了金属/有机壳核量子点-半导体量子点CdSe复合层和镀电极后的硅/ 二氧化硅样片上，并经过相应的热处理聚酰亚胺化，即在金属量子点上形成一层有机绝缘隔封装保护层；图4为封装后的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管结构示意图，其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层；图5为基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的工作原理示意图。其中I为衬底硅，2为硅表面二氧化硅膜，3为涂覆的金属/有机壳核量子点，4为半 导体CdSe量子点，5为源极电极，6为漏极电极，7为有机绝缘封装层，8为辐照光方向，9为受增强光调控半导体CdSe量子点。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤S1:选取一硅/ 二氧化硅衬底，所述的硅/ 二氧化硅衬底包括衬底硅以及设置于衬底硅表面的二氧化硅膜； 步骤S2:制备CdSe量子点溶液与金属/有机壳核量子点溶液，将得到的金属量子点核作为等离子激元增强中心，将金属量子点外包有机高分子壳作为隔离层；并在所述硅/二氧化硅衬底上制备一金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，用以作为导电沟道; 步骤S3:在覆盖有所述金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底上制备金属电极，得到金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的源极和漏极； 步骤S4:采用有机物封装，制备出基于光控金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道的薄膜晶体管，采用光照手段控制导电沟道载流子浓度。2.根据权利要求1所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S2的具体方法包括以下步骤: 步骤S21:制备CdSe量子点溶液的具体方法为:将氧化镉粉末、1-十四基磷酸以及三正丁基氧化膦排空加热条件下混合后制备成镉前驱体溶液；在惰性气体保护下将砸粉末溶于三丁基膦中，制备得到砸前驱体溶液；将砸前驱体溶液注入至镉前驱体溶液中生产混合溶液，将混合溶液降温至一第一温度后并保温一定时间；保温一定时间后移除热源并将混合溶液冷却降温至一第二温度，向所述混合溶液中注入甲醇溶液，得到相应的纳米晶沉淀，并经过离心、清洗得到CdSe量子点的氯仿或者甲苯溶液； 步骤S22:制备金属量子点溶液:将包括硝酸银与HAuCl4的含金属离子化合物、亚油酸钠、无水乙醇以及亚油酸混合搅拌后依次通过水热反应、反复采用去离子水或无水乙醇高速离心清洗处理得到反应产物，最后将所述反应产物分散到环己烷中即可得到相应的金属量子点溶液； 步骤S23:制备金属/有机壳核量子点溶液:将聚酰胺酸溶液与金属量子点溶液按照比例混合浸泡一定时间后高速离心，并将表面吸附一定量聚酰胺酸分子的金属量子点并采用阶梯热处理温度实现聚酰胺酸的聚酰亚胺化，通过浸泡、高速离心分离和热处理聚酰亚胺化工艺多次循环控制金属量子点表面的聚酰亚胺壳层厚度，形成金属/有机壳核量子点，并将金属/有机壳核量子点分散到环己烷中即可得到金属/有机壳核量子点溶液； 步骤S24:制备金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层:将硅/ 二氧化硅衬底采用硫酸/双氧水溶液高温清洗，再用去离子水清洗2-3次，并采用旋涂工艺将所述步骤S23中制备出的金属/有机壳核量子点溶液与所述步骤S21中制备出的CdSe量子点溶液按照比例混合后旋涂成膜，在二氧化硅膜表面形成一层金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，制得覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/二氧化硅衬底。3.根据权利要求1所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S3的具体方法为:在覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/二氧化硅衬底上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的源极和漏极。4.根据权利要求1所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S4的具体方法为:采用有机物封装工艺，将聚酰胺酸溶液旋涂在覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/二氧化硅衬底表面成膜，并采用阶梯温度热处理方式实现聚酰胺酸的聚酰亚胺化，得到基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管。5.根据权利要求2所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S21中镉前驱体溶液的制备温度为240°C -360°C ;砸前驱体溶液的制备温度为100-220°C ;混合溶液的生成温度为2500C -3300C ;混合溶液保温时间为lmin-20min ;第一温度为220°C -270°C ;第二温度为800C -1400C ;所述CdSe量子点氯仿或者甲苯溶液中CdSe量子点浓度为5?10个/cm3。6.根据权利要求2所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S22中金属离子化合物:亚油酸钠:无水乙醇:亚油酸=0.3-1.0:1.0-2.0:5-15:0.5-2.5 ;溶液总体积占水热反应釜的40%_60% ；水热反应温度为20°C _200°C;水热处理时间为30min-400min ;所述金属量子点溶液中金属量子点浓度为-10-20个/cm3。7.根据权利要求2所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S23中聚酰胺酸溶液与金属量子点溶液溶液比例为1-4:1 ;混合溶液浸泡时间为0.5h-24h ;所述的阶梯温度热处理方式为:1200C /lh，180°C /lh，250°C /lh，300°C /Ih ;循环工艺次数为 1-5 次。8.根据权利要求2所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述步骤S24中所述硅/ 二氧化硅衬底的面积为IcmX Icm ;金属/有机壳核量子点溶液与CdSe量子点溶液混合比例为1:1-4 ;金属/有机壳核量子点与CdSe量子点混合溶液旋涂工艺转数为1000-5000rpm。9.根据权利要求3所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述的图形化掩膜覆盖蒸镀工艺为采用图形化的金属掩膜覆盖有金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层的硅/二氧化硅衬底的表面，再在其表面进行蒸镀；所述源极与漏极设置于复合膜层表面，所述的源极和漏极面积均为 200 μ mX 300 μ m，间距为 10 ?50 μ m。10.根据权利要求4所述的一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，其特征在于:所述的阶梯温度热处理方式为:120°C /lh，180°C /lh，250°C /lh，300°C /lh。
【专利摘要】本发明涉及一种基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管的制备方法，利用旋涂成膜工艺技术，在硅/二氧化硅衬底上，制备出金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合膜层，再通过图形化掩膜覆盖蒸镀工艺技术金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合导电沟道层分别形成Cr/Au复合金属电极，引出相应的源极和漏极，再通过旋涂有机物实现对量子点沟道的有效封装和保护，从而制备出新型的基于金属/有机壳核量子点-半导体量子点复合结构光控薄膜晶体管。本发明制备方法新颖，制作成本低且工艺简单，同时可充分利用金属量子点等离子体激元对于光场增强调控作用、复合量子点膜层的量子尺寸效应，从而有效提高光控栅极晶体管的灵敏度。
【IPC分类】H01L51/40, H01L51/30
【公开号】CN104882542
【申请号】CN201510281381
【发明人】杨尊先, 郭太良, 胡海龙, 周雄图, 吕军, 杨洋
【申请人】福州大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月28日