[发明专利]一种基于二维半导体材料薄膜晶体管及其制备方法

权利要求书

1.基于二维半导体材料的薄膜晶体管，其特征在于，包括由下至上的六个部分：柔性衬底、栅电极、绝缘层、半导体层以及源、漏电极，所述栅电极位于柔性衬底上，且只覆盖了部分的柔性衬底，所述半导体层为二维结构WS₂层；源电极和漏电极分别位于半导体层上且位于薄膜晶体管的最顶层。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述绝缘层为Al₂O₃纳米簇材料。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，栅电极为TiN/Ti叠层图案化栅电极。

4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述二维结构WS2半导体层厚度为5nm。

5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于，所述源电极和漏电极为TiN/Ti叠层源、漏电极。

6.如权利要求1-5任一项所述的薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)清洗衬底，

(2)生长栅电极及栅电极图案化：在清洗后的衬底上，利用正胶光刻工艺匀胶、图案化显影后，用电子束蒸发工艺在PI衬底上生长Ti金属单质，随后生长TiN作为栅电极，将生长栅电极后的器件用去胶液浸泡、超声清洗，去掉非保留部分的栅电极；

(3)制备薄膜绝缘层：包括如下步骤：

3A.制备Al-13纳米簇盐：将硝酸铟九水合物溶解于去离子水中，得到溶液①；将纳米锌粉加入溶液①中，搅拌得到溶液②；将溶液②进行过滤，得到沉积物③；将沉积物③以异丙醇冲洗，得到Al-13纳米簇盐；

3B.生长Al₂O₃纳米簇绝缘层：将所得的Al-13纳米簇盐溶于添加过氧化氢的去离子水中，超声得到Al₂O₃纳米簇前驱体溶液④；将溶液以在PI衬底上旋涂，在紫外线灯照射下，退火后得到Al₂O₃纳米簇结构薄膜绝缘层；

(4)制备半导体层，包括如下步骤：

4A.在WS2中嵌入THAB分子：以WS2固体为阴极，石墨烯为阳极，置入电化学池中，电解液为四丁基溴化铵(TBAB)的去离子水溶液，电化学池两端施加电压，通电得到固体⑤，

4B.生长WS2二维结构半导体层：将固体⑤浸入聚乙烯基吡咯烷酮PVP/DMF溶液超声得到溶液⑥；将溶液⑥于PI衬底之上旋涂，并在紫外线灯照射下，退火后得到WS2半导体层；

(5)生长源、漏电极：电子束蒸发工艺在半导体上生长5nm厚的Ti金属单质，随后生长的TiN作为源漏电极。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，将生长栅电极后的器件置入丙酮溶液中超声，再置入无水乙醇溶液中浸泡，随后用去胶液浸泡、超声清洗，去掉非保留部分的栅电极。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)后，对衬底进行亲水性处理，具体为将生长了图案化栅电极后的衬底置入紫外灯下，以283nm波长在室温下照射1小时。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述薄膜晶体管绝缘层以及半导体层成膜方式均为旋涂然后在波长为253.7nm(90％)与184.9nm(10％)的紫外线灯照射下，以110℃的温度退火一个小时。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，在半导体上以的速率生长5nm厚的Ti金属单质，随后以的速率生长50nm厚的TiN作为源漏电极，宽长比为15，得到TiN/Ti叠层源、漏电极，电子束蒸发生长速率为