[发明专利]摩擦电场效应晶体管

说明书

摩擦电场效应晶体管属于柔性电子学器件领域，将摩擦起电效应和半导体效应相结合，利用外力产生摩擦，形成静电势作为门极信号，实现对半导体中载流子输运特性的调控。本发明能够将器件受到的机械作用转化为局域电子控制信号，实现了利用摩擦效应产生静电势作为栅极电压调控电子器件中载流子输运特性的新方法。与传统场效应晶体管不同，摩擦电场效应晶体管利用摩擦产生电子控制信号，取代了传统场效应晶体管中的门电极，实现了外力与电子器件的直接交互，具有较宽的外力传感范围，将广泛应用于人机交互、传感器、柔性电子学等领域。

技术领域

本发明属于柔性电子学器件领域，特别是涉及一种摩擦电场效应晶体管。

背景技术

场效应晶体管的核心技术是通过利用门电压来控制元件中的电流输运过程。虽然场效应晶体管技术十分成熟，但鉴于器件单元的三端结构，通常需要比较复杂的集成手段，并且基于此类技术制成的压力传感器件缺乏外界环境与电子器件直接作用交互的机制。

纳米发电机是近年来的研究热点。其中，摩擦型发电机利用了摩擦起电和静电感应的原理，将两种镀有电极的摩擦薄膜贴合在一起组成器件，在外力作用下器件产生机械形变，导致两层薄膜之间发生相互摩擦，从而产生电荷分离并形成电势差。两个金属极板作为发电机的电能输出端，通过静电感应可以在表面生成感应电荷，感应电荷在摩擦电电势驱动下流经外电路形成电流。摩擦型发电机的研制，既能作为微纳器件的功率源，又能作为自供能主动式压力传感器，可为个人电子产品、环境监控、医学科学等提供自供电和自驱动设备，有着巨大的商用和实用潜力，也将为柔性电子学的研究和应用开辟新的领域。但是，所有的这些应用利用的都是纳米发电机对外电路输出的电信号，而单纯对其摩擦表面之间形成的静电势都没有很好的利用方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦电场效应晶体管，将摩擦起电效应和半导体效应相结合，利用摩擦引起的静电势作为门极门信号来实现对半导体中载流子输运特性的调控，以减少传统晶体管中门电极的制备，实现机械压力与电子器件的直接交互，解决压电电子晶体管对压电半导体材料的依赖和外力传感范围较小等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种摩擦电场效应晶体管，包括：半导体层、在该半导体层上分隔设置的源电极和漏电极、在该半导体层的相对两侧分别设置的第一电极层和第二电极层，其特征在于，所述第一电极层与所述半导体层之间能够形成间距变化的相对运动，所述第二电极层与所述半导体层之间保持欧姆接触；

优选地，所述第一电极层和第二电极层之间电连接；

优选地，所述半导体层为N型或P型半导体，选自锗、硅、砷化镓、磷化镓、硫化镉、硫化锌和氧化锌；

优选地，所述半导体层为体材料、薄膜、单根纳米线或纳米线阵列；

优选地，所述半导体层中还包含源极区和漏极区，所述源极区和漏极区为与所述半导体层形成P-N结的半导体，或，与所述半导体层形成肖特基接触的金属；所述源电极和漏电极分别位于相互分隔的所述源极区和漏极区之上；

优选地，在所述半导体层的部分上表面上覆盖有栅绝缘层，所述栅绝缘层位于所述源极区和漏极区之间，并且与所述源极区和漏极区同时接触；

优选地，所述栅绝缘层与所述第一电极层面对面，并且所述第一电极层与所述栅绝缘层之间能够形成接触和分离的相对运动；

优选地，所述第一电极层与栅绝缘层在接触时能够覆盖所述栅绝缘层的全部表面，并且与所述源极区和漏极区不能接触；

优选地，所述栅绝缘层面向所述第一电极层的表面材料，与，第一电极层面向栅绝缘层的表面材料，具备不同的得失电子能力；