[发明专利]一种基于钙钛矿材料的晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于晶体管应用技术领域，特别涉及一种基于钙钛矿材料的晶体管的制备方法。

背景技术

基于钙钛矿材料的晶体管是一种使用诸如(CH₃NH₃PbX_3-nY_n)形式的化合物作为吸光材料的晶体管，其中X、Y=Cl、Br、I等。电池的基本结构如图1所示，从下往上依次分为导电基底层、绝缘层、金属底电极层（源极和漏极）、钙钛矿半导体层、金属栅电极。其中研发重点关注的是钙钛矿半导体层。

现有的形成钙钛矿半导体层的主要方法首先将无水氯化铅粉末（PbCl₂）直接溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF），加热溶液，此后将溶解好的溶液旋涂在玻璃基底表面，形成一层PbCl₂薄膜， 加热这层薄膜使得溶剂完全挥发； 然后将载有PbCl₂薄膜的玻璃基底在甲基氯化铵（MACl）的异丙醇（IPA）溶液中浸泡30秒左右之后取出、旋转甩干、再滴一定量的异丙醇，甩干；或者直接在PbCl₂上面旋涂MACl溶液。此后，把薄膜连同玻璃基底转移到加热台上，70~100摄氏度加热10~120分钟。在这个过程中MACl将与PbCl₂反应，转化成大小不一的(CH₃NH₃)PbCl₃晶体。由于PbCl₂厚度较厚（一般大于200 纳米），不易于MACl完全反应，反应不完全，因此当形成了(CH₃NH₃)PbCl₃晶体后，仍旧会有少量的PbCl₂杂质残留在薄膜中，形成能态陷阱和缺陷，减少了材料内载流子寿命，降低了材料的载流子迁移率。此外，还影响了薄膜的平整度，造成薄膜的厚度不一，平整度差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于钙钛矿材料的晶体管的制备方法，公开了一种钙钛矿半导体层材料的合成技术，降低了CH₃NH₃PbX_3-nY_n晶体转化条件，减少PbX₂杂质残留，降低材料内部缺陷密度，提高薄膜的平整度，从而极大地提高钙钛矿半导体层薄膜的载流子寿命和载流子迁移率。

本发明是这样实现的，提供一种基于钙钛矿材料的晶体管，由表层向里层依次包括基底、绝缘层、金属底电极层、钙钛矿半导体层、金属栅电极，钙钛矿半导体层包括氯化铅络合物，氯化铅络合物的化学通式为：PbCl₂(U)，其中， U为二甲基亚矾（简称 DMSO）、N,N-二甲基甲酰胺（简称DMF）以及甲胺的四氢呋喃（简称MA）三种化合物中的任意一种；

氯化铅络合物是将无水氯化铅粉末（化学通式PbCl₂）与二甲基亚矾溶剂、或N,N-二甲基甲酰胺溶剂、或甲胺的四氢呋喃溶液相混合，使得PbCl₂粉末完全溶解于二甲基亚矾溶剂、或N,N-二甲基甲酰胺溶剂、或甲胺的四氢呋喃溶液中，再加入氯苯溶剂搅拌混合后静置，并经过过滤后得到的析出物。

进一步地，基底材料的选择包括但不限于高浓度掺杂的p型晶硅。

进一步地，绝缘层生长在基底上，绝缘层的材料包括但不限于二氧化硅。

进一步地，绝缘层沉积在基底上，金属底电极层沉积在绝缘层上，并呈两条带状排布在绝缘层的两侧边缘，一侧为源极，另一侧为漏极，在源极和漏极之间留有空隙，所述金属底电极层的材料包括但不限于金和银中至少一种，金属底电极层3沉积方法包括但不限于真空蒸发法、电子束蒸发法、磁控溅射法中的至少一种。

进一步地，钙钛矿半导体层沉积在金属底电极层上以及金属底电极层的源极和漏极两条金属底电极之间的空隙内，形成半导体层。

进一步地，金属栅电极沉积在钙钛矿半导体层上，金属栅电极的材料包括但不限于金和银中至少一种，金属栅电极的沉积方法包括但不限于真空蒸发法、电子束蒸发法或磁控溅射法中的至少一种。

本发明还公开了一种制备上述基于钙钛矿材料的晶体管的方法，包括在金属底电极层上沉积钙钛矿半导体层的方法，整个沉积过程在纯氮气环境中进行，环境气压为1~2大气压，环境温度为20~30摄氏度，所述沉积方法包括以下步骤：

第一步，溶解、合成络合物，