CN100424909C - 金属基极有机晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种用有机半导体材料做有源介质的金属基极有机晶体管及其制备方法。采用垂直结构，把金属基极、有机发射极和发射极接触金属直接蒸镀在n型或p型高掺杂硅衬底上，制备成金属接触电极/高掺杂硅衬底/金属基极/有机发射极/发射机接触金属电极/金属基极有机晶体管。制备的器件直接用直流电流驱动，得到的器件的共基极增益接近于1，共发射极增益最大可达8500。器件的制备工艺简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种混杂的有机/无机金属基极晶体管以及这种金属基极晶体管的制备方法。
背景技术
晶体管是一种多重结的半导体器件，通常晶体管会与其他电子器件和电路集成在一起，以获电压、电流或是信号功率增益放大。双极型晶体管是最重要的半导体器件之一，在高速电路、模拟电路、功率放大等方面具有广泛的应用。与只有一种载流子参与传导的场效应晶体管器件不同，双极型晶体管是一种电子与空穴均参与导通过程的半导体器件。双极型晶体管是由贝尔实验室的一个研究团队在1947年发明的，第一个晶体管是将两条具有尖锐端点的金属线与锗衬底形成的点接触，以今天的水准来看，此晶体管虽非常简陋，但它却改变了整个电子工业即人类的生活方式。1928年朱利叶斯发明了一种“电流放大器(Amplifier for Electric currents)”并在1932年获得美国专利(朱利叶斯，美国专利，专利号：1877140，1932年，J.E.Lilienfeld，US Patent 1877140，1932)。这种器件是一种类似三明治的结构，它被认为是现代半导体-金属-半导体(SMS)的前身。当代金属基极晶体管(metal-base transistors，MBTs)是由阿泰乐(阿泰乐等人，国际电子学会杂志电子器件学报，9期，507页，1962年，M.Atalla，IEEE trans.Electron.Devices，ED9，507，1962)和吉伯特(吉伯特，IRE会议，50期，1527页，1962年，D.V.Geppert，Proc.IRE，50，1527，1962)在1962年提出的，最初认为它可以在高速器件中得到应用，但最近人们越来越关注金属基极晶体管在传感器和放大器等方面的应用。
但是传统的无机金属基极晶体管存在着加工工艺复杂、制作周期长、需要极高的真空度及较低的共发射极增益等不利的因素。当前半导体工业还是以掺杂硅为主流技术的基础，还无法克服无机金属基极晶体管复杂制备工艺的缺点。
发明内容
发明人结合传统无机半导体技术，利用有机半导体材料取代无机半导体材料，可以克服传统的无机金属基极晶体管的缺点，从而使得制备工艺更为简单，大大缩短了制备的周期并且可以获得比较高的共基极和共发射极增益的金属基极有机晶体管。
本发明的目的之一是提供金属基极有机晶体管；
本发明的另一个目的是提供金属基极有机晶体管的制备方法。
如图1和2所示，为了实现本发明的目的，本发明首先在高掺杂硅1的抛光面上蒸镀一层金属基极层2，之后依次蒸镀有机发射极层3和发射极电极层4，最后在高掺杂硅1的未抛光面上蒸镀一层金属接触层5；金属接触层5、硅衬底1、金属基极层2、有机发射极层3和发射极电极层4依次连接。
硅衬底1是高掺杂的p型硅或n型硅；
金属基极层2可以是金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)；
有机发射极层3可以使用N型有机半导体材料8-羟基喹啉铝(Alq3)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)-(4-苯基苯酚)铝(BAlq3)、氟化酞氰铜(F16CuPc)和P型有机半导体材料酞氰铜(CuPc)、N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(NPB)，4，4’-N，N’-二咔唑基-联苯(CBP)、N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基-苯基)-1，1’-联苯-4，4’二胺(TPD)、1，3-二咔唑基苯和1，4-二咔唑基苯中的任何一种；
发射极的电极层4可以是铝(Al)、银(Ag)或金(Au)的单层金属，也可以是由五氧化二钒(V2O5)或氟化锂(LiF)与铝(Al)和银(Ag)金属中的任何一种组成的复合电极；
金属接触层5是金属Al。
金属基极有机晶体管在正常工作时集电结反偏，发射结要正偏，以保证发射区的载流子穿过发射结而注入基区。因为基区是一层金属，注入基区的载流子还会和基区中的缺陷发生“复合”现象。载流子在于缺陷复合前会漂移一段时间，所以复合并不是一个瞬时过程。注入基区的电子一部分与空穴复合，而大多数会由于扩散作用到达基区的另一端。由于集电结为反向偏置，其内电场对于少数载流子具有吸引作用，所以，扩散到集电结附近的载流子穿过集电结而到达集电区。尽管基区很薄但是也有少量的注入载流子由于复合作用而消失，这会降低金属基极有机晶体管共基极和共发射极的增益。发明人设计的金属基极有机晶体管具有较高的共基极和共发射极增益以及较低的驱动电压，制备的金属基极有机晶体管，共基极电流增益接近于1，而共发射极电流增益最高可达8500，工作电压小于1伏。
本发明的金属基极有机晶体管的制备方法是：首先把高掺杂硅衬底1清洗，后用氢氟酸去掉高掺杂硅抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，抽真空，待真空度达到1-5×10-4帕时，依次在硅衬底1上蒸镀金属基极层2、有机发射极层3、发射极金属电极层4。其中金属基极层2的有效面积为4×3平方毫米，金属基极层2的厚度为12纳米-75纳米，有机发射极层3的厚度为60纳米-100纳米，发射极金属电极层4的厚度为120纳米，如果发射极金属电极层4是复合电极的话，其中的五氧化二钒层或LiF层厚度为1纳米-3纳米，高掺杂硅未抛光面的金属接触电极层5厚度为100纳米。基极金属层2的蒸发速率控制在0.2纳米每秒，有机半导体材料的蒸发速率控制在0.15纳米每秒，发射极金属电极层4和高掺杂硅未抛光面金属接触电极层5的蒸发速率都控制在5纳米每秒。
本发明的优点是结合当前半导体工业的主流技术，在硅衬底上，利用有机半导体材料取代无机半导体材料做发射极，制备出了垂直结构有机/无机混杂的金属基极晶体管，简化了器件的制作工艺，减少了器件的制作周期。
本发明的另一个优点是制备的金属基极有机晶体管可以在低的驱动电压实现较高的共基极和共发射极电流增益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是金属基极有机晶体管的结构示意图，图中，1是高掺杂硅衬底，2是金属基极层，3是有机发射极层，4是发射极电极层，5是金属接触层。图1也是说明书摘要附图。
图2是图1的剖面示意图
图3是本发明的金属基极有机晶体管的实施例1的共基极电流-电压特性曲线。
图4是本发明的金属基极有机晶体管的实施例1的共基极电流增益曲线，共基极电流增益为0.9855～1，接近于1。
图5是本发明的金属基极有机晶体管的实施例1的在不同的发射极电流IE下收集极和基极之间的电压VCB与发射极和基极之间电压VEB的关系曲线，所有曲线的斜率近似为1。
图6是本发明的金属基极有机晶体管的实施例1的在VCB＝OV时，IE与VEB之间的变化。
图7是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的共基极电流-电压特性曲线。
图8是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的共基极电流增益曲线，共基极电流增益约为0.9997～1，接近于1。
图9是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的在不同的发射极电流IE下收集极和基极之间的电压VCB与发射极和基极之间电压VEB的关系曲线，所有曲线的斜率近似为1。
图10是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的在VCB＝OV时，VEB与IE之间的变化。
图11是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的共发射极电流-电压特性曲线。
图12是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的共发射极当减去基极电流为零时收集极电流的电流-电压特性曲线。
图13是本发明的金属基极有机晶体管的实施例2的共发射极电流增益曲线，共发射极电流增益为700～4000。
具体实施方式
实施例1：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀12纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。图3给出了该金属基极有机晶体管的共基极电流-电压特性曲线，显示了很好的金属基极晶体管的共基极电特性。图4给出该金属基极有机晶体管的共基极电流增益曲线，器件的共基极电流增益为0.9855～1，接近于1。图5给出了该金属基极有机晶体管在不同的发射极电流IE下收集极和基极之间的电压VCB与发射极和基极之间电压VEB的关系曲线，所有曲线的斜率近似为1，表明该器件工作方式为可渗透基极晶体管。图6给出了该金属基极有机晶体管在VCB＝OV时IE与VEB之间的变化，在低的发射极电压下实现了较高的发射极电流。
实施例2：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗.烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层、1.5纳米厚的V2O5和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米x3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/V2O5/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，V2O5的蒸发速率控制在0.05纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。图7给出了该金属基极有机晶体管的共基极电流-电压特性曲线，为典型的金属基极晶体管的共基极电特性。图8给出该金属基极有机晶体管的共基极电流增益曲线，器件的共基极电流增益为0.9997～1，接近于1。图9给出了该金属基极有机晶体管在不同的发射极电流IE下收集极和基极之间的电压VCB与发射极和基极之间电压VEB的关系曲线，所有曲线的斜率近似为1，表明该器件工作方式为可渗透基极晶体管。图10给出了该金属基极有机晶体管在VCB＝OV时IE与VEB之间的变化，在低的发射极电压下实现了较高的发射极电流。图11给出了该金属基极有机晶体管的共发射极电流-电压特性曲线。图12给出了该金属基极有机晶体管的共发射极当减去基极电流为零时收集极电流的电流-电压特性曲线。图13给出了该金属基极有机晶体管的共发射极电流增益曲线，共发射极电流增益达700～4000。
实施例3：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的BAlq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/BAlq3/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，BAlq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.882～0.9973，接近于1。
实施例4：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的F16CuPc发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/F16CuPc/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，F16CuPc的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9868～1，接近于1。
实施例5：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的P型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的CuPc发射极层和120纳米厚的金属Au发射极电极层，这里发射极电极金属Au和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在P型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/CuPc/Au的金属基极有机晶体管。Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，CuPc的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Au和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9999～1，接近于1。
实施例6：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的P型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的NPB发射极层和120纳米厚的金属Ag发射极电极层，这里发射极电极金属Ag和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米x3毫米，最后在P型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/NPB/Ag的金属基极有机晶体管。基极金属Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，NPB的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，发射极金属Ag和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9536～1，接近于1。
实施例7：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的P型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀15纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的CBP发射极层和120纳米厚的金属Au发射极电极层，这里发射极电极金属Au和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在P型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/CBP/Au的金属基极有机晶体管。Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，CBP的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Au和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.94485～1，接近于1。
实施例8：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的P型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀15纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的TPD发射极层和120纳米厚的金属Ag发射极电极层，这里发射极电极金属Ag和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在P型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/TPD/Ag的金属基极有机晶体管。基极金属Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，TPD的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，发射极金属Ag和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9362～1，接近于1。
实施例9：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的P型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的1，3-二咔唑基苯发射极层和120纳米厚的金属Ag发射极电极层，这里发射极电极金属Ag和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在P型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/1，3-二咔唑基苯/Ag的金属基极有机晶体管。基极金属Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，1，3-二咔唑基苯的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，发射极金属Ag和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.93397～1，接近于1。
实施例10：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的P型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的1，4-二咔唑基苯发射极层和120纳米厚的金属Ag发射极电极层，这里发射极电极金属Ag和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在P型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/l，4-二咔唑基苯/Ag的金属基极有机晶体管。基极金属Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，1，4-二咔唑基苯的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，发射极金属Ag和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9133～0.9979，接近于1。
实施例11：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀25纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9982～1，接近于1。
实施例12：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀75纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9345～1，接近于1。
实施例13：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀12纳米厚的基极金属Au、100纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.99643～1，接近于1。
实施例14：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Cu、100纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Cu交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Cu/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Cu的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9363～1，接近于1。
实施例15：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Ni、100纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Ni交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Ni/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Ni的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9243～1，接近于1。
实施例16：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的N型高掺杂硅片的抛光面上依次蒸镀12纳米厚的基极金属Pd、70纳米厚的Alq3发射极层和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Pd交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Pd/Alq3/Al的金属基极有机晶体管。Pd的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。同样的与实施例1的金属基极有机晶体管的共基极电特性也被获得，典型的电流增益约为0.9864～1，接近于1。
实施例17：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层、1.0纳米厚的V2O5和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/V2O5/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，V2O5的蒸发速率控制在0.05纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。该金属基极有机晶体管即表现了很好的共基极电特性，也显示了高电流增益的共发射极特性，器件的共基极电流增益为0.9853～1，接近于1，共发射极电流增益达100～2500。
实施例18：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层、3.0纳米厚的V2O5和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/V2O5/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，V2O5的蒸发速率控制在0.05纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。该金属基极有机晶体管即表现了很好的共基极电特性，也显示了高电流增益的共发射极特性，器件的共基极电流增益为0.9953～1，接近于1，共发射极电流增益达300～3400。
实施例19：
先将N型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Au、70纳米厚的Alq3发射极层、2.0纳米厚的LiF和120纳米厚的金属Al发射极电极层，这里发射极电极金属Al和基极金属Au交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/N+-Si/Au/Alq3/LiF/Al的金属基极有机晶体管。Au的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，Alq3的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，LiF的蒸发速率控制在0.05纳米每秒，金属Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。该金属基极有机晶体管即表现了很好的共基极电特性，也显示了高电流增益的共发射极特性，器件的共基极电流增益为0.9633～1，接近于1，共发射极电流增益达40～520。
实施例20：
先将P型高掺杂硅片用硅刀刻成25毫米×25毫米的片子，然后清洗，在氢氟酸中去掉硅片抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，待真空度达到1-5×10-4帕时，在处理好的硅片的抛光面上依次蒸镀20纳米厚的基极金属Ag、70纳米厚的NPB发射极层、1.0纳米厚的V2O5和120纳米厚的金属Ag发射极电极层，这里发射极电极金属Ag和基极金属Ag交叉成为器件的有源区，面积为25毫米×3毫米，最后在N型高掺杂硅的未抛光面上蒸度一层120纳米厚的金属Al接触电极层，制备成结构为Al/P+-Si/Ag/NPB/V2O5/Ag的金属基极有机晶体管。基极金属Ag的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，NPB的蒸发速率控制在0.1～0.2纳米每秒，V2O5的蒸发速率控制在0.05纳米每秒，发射极的电极金属Ag和Al的蒸发速率控制在0.5～1纳米每秒。该金属基极有机晶体管即表现了很好的共基极电特性，也显示了高电流增益的共发射极特性，器件的共基极电流增益为0.9996～1，接近于1，共发射极电流增益达1000～5500。
Claims (6)
1. 一种金属基极有机晶体管，其构成为：高掺杂硅衬底(1)，基极金属层(2)，有机发射极层(3)，发射极电极金属层(4)，收集极金属电极接触层(5)；其中，收集极金属电极接触层(5)、高掺杂硅衬底(1)、基极金属层(2)、有机发射极层(3)、发射极电极金属层(4)依次连接；
其特征在于所说的有机发射极层(3)使用N型有机半导体材料8-羟基喹啉铝(Alq3)、二(2-甲基-8-羟基喹啉)-(4-苯基苯酚)铝(BAlq3)、氟化酞氰铜(F16CuPc)和P型有机半导体材料酞氰铜(CuPc)、N，N’-双(1-萘基)-N，N’-二苯基-1，1’-二苯基-4，4’-二胺(NPB)，4，4’-N，N’-二咔唑基-联苯(CBP)、N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基-苯基)-1，1’-联苯-4，4’二胺(TPD)、1，3-二咔唑基苯和1，4-二咔唑基苯中的任何一种。
2. 如权利要求1所述的一种金属基极有机晶体管，其特征是所述的发射极电极金属层(4)是由五氧化二钒(V2O5)与铝(Al)、五氧化二钒(V2O5)与银(Ag)、氟化锂(LiF)与铝(Al)或氟化锂(LiF)与银(Ag)组成的复合电极。
3. 如1至2任意一个权利要求所述的一种金属基极有机晶体管，其特征是所述的基极金属层(2)的厚度为12纳米至75纳米。
4. 如1至2任意一个权利要求所述的一种金属基极有机晶体管，其特征是所述的有机发射极层(3)的厚度为60纳米至100纳米。
5. 如权利要求2所述的一种金属基极有机晶体管的发射极的发射极电极金属层(4)中的V2O5和LiF层的厚度为1纳米至3纳米。
6. 一种制备权利要求1所述的金属基极有机晶体管器件的方法：首先把高掺杂硅衬底(1)清洗，用氢氟酸去掉高掺杂硅抛光面上的氧化层，清洗、烘干后在抛光面上旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光刻胶绝缘层，光刻出一个14毫米长、4毫米宽的窗口，完毕后把硅片放入烘箱中，在110℃的条件下烘烤三十分钟，之后再把硅片放入氢氟酸中再次去除其表面的氧化层，清洗，氮气吹干，并把它转移到真空镀膜系统中，抽真空，待真空度达到1-5×10-4帕时，依次在硅衬底(1)上蒸镀金属基极层(2)、有机发射极层(3)、发射极金属电极层(4)；其中金属基极层(2)的有效面积为4×3平方毫米，金属基极层(2)的厚度为12纳米-75纳米，有机发射极层(3)的厚度为60纳米-100纳米，发射极金属电极层(4)的厚度为120纳米，如果发射极金属电极层(4)是复合电极的话，其中的五氧化二钒层或LiF层厚度为1纳米-3纳米，高掺杂硅未抛光面的金属接触电极层(5)厚度为100纳米，基极金属层(2)的蒸发速率控制在0.2纳米每秒，有机半导体材料的蒸发速率控制在0.15纳米每秒，发射极金属电极层(4)和高掺杂硅未抛光面金属接触电极层(5)的蒸发速率都控制在5纳米每秒以上。
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