[发明专利]一种全共价键石墨烯场效应晶体管及其构筑方法

说明书

本发明公开了一种全共价键石墨烯场效应晶体管及其构筑方法，所述方法为：处理基底后，在基底上负载APTMS/GO层和TPPNH₂/GO层，对其进行掩膜刻蚀从而阵列化，然后再负载一层APTMS/GO层，通过一步退火得到全共价键石墨烯场效应晶体管。本发明中全共价键石墨烯场效应晶体管的电极与半导体之间通过稳定的化学键相连接，极大的降低了电极与半导体之间电荷的注入势垒，大大提高了器件的溶剂稳定性和电学稳定性。使用TPPNH₂这种表面带有大量离域电子云的大π体系化合物作为偶联剂，沿着其分子骨架构筑了良好的载流子注入与传输通道，从而提高了发明的全共价键石墨烯场效应晶体管的电学性能。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管技术领域，尤其涉及一种全共价键石墨烯场效应晶体管及其构筑方法。

背景技术

场效应晶体管(FET)是集成电路，有源矩阵显示器，电子纸，发光场效应晶体管，传感器等多种电子设备的核心组件之一。然而，大多数FET器件通过范德华力连接，其物理结构在后期生产处理过程中尤其是在溶液处理中容易损坏，从而降低电信号输出的稳定性，引起了器件性能的下降。另外，由于FET是典型的三端电子器件，为了实现器件的高性能和高集成度，各种微机电系统(MEMS)如气相沉积，热蒸发沉积，光刻和微蚀刻等技术已被应用于构造FET器件，这些方法在改善设备性能方面发挥了巨大作用，但其设备笨重且价格昂贵，操作繁琐，能源及时间消耗大严重阻碍了器件的批量生产及其应用。申请号为201811082566.8公开了底栅底接触结构器件及其制备方法，包括：带有SiO2层的硅片、RGO层、semi-RGO层，所述SiO2层负载在作为栅极的所述硅片(Si)上，所述RGO层为多对，每对RGO层为2个且分别作为所述全共价键连接全还原氧化石墨烯场效应晶体管上一FET的源电极和漏电极，2个所述RGO层相互平行并负载在所述SiO2层上，所述semi-RGO层负载在所述RGO层和该RGO层四周的SiO2层上并作为半导体层。但该器件的电子迁移率不高，双极性传输特性曲线中狄拉克点偏移。因此，构筑高性能、具有抗溶剂性且构筑简单的FET器件，在环境监测等领域具有重要的意义，是一个亟待解决的重要命题和挑战。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种全共价键石墨烯场效应晶体管及其构筑方法。使全共价键石墨烯场效应晶体管的电极与半导体之间通过稳定的化学键相连接，极大的降低了电极与半导体之间电荷的注入势垒，大大提高了器件的溶剂稳定性和电学稳定性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的第一方面，提供一种全共价键石墨烯场效应晶体管的构筑方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将基底在80～100℃下浸入食人鱼溶液中，取出后用去离子水冲洗，再进行超声清洗；然后在氧气环境下，用等离子体对基底进行处理；

(2)在步骤(1)处理后的基底上制备3-氨丙基三甲氧基硅烷/氧化石墨烯(APTMS/GO)单层，制备APTMS/GO单层1～3次，得到负载APTMS/GO层的基底；然后在APTMS/GO层上制备5,10,15,20-四(4-氨基苯)-21H,23H-卟啉/氧化石墨烯(TPPNH₂/GO)单层，制备TPPNH₂/GO单层5～10次，得到负载(APTMS/GO)/(TPPNH₂/GO)层的基底；

(3)在步骤(2)得到的负载(APTMS/GO)/(TPPNH₂/GO)层的基底上覆盖掩膜版，蒸镀厚度为30～100nm的铝膜，蒸镀结束取下所述掩膜版，在氧气环境下，用等离子体处理除去未被铝膜覆盖的(APTMS/GO)/(TPPNH₂/GO)层；将等离子体处理后的材料浸泡到30～100℃的稀硝酸水溶液(10vol％)中除去铝膜，取出后用去离子水漂洗，再超声清洗，清洗完后用氮气吹干，得到负载(APTMS/GO)/(TPPNH₂/GO)阵列的基底；