CN106744641B - 一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents

一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管，包括衬底(1)、悬臂梁(2)、源电极(301)、漏电极(302)、栅电极(303)、有机半导体层(4)、绝缘层(5)和过冲保护层(6)；绝缘层采用悬臂梁结构，在外力的作用下悬臂梁会发生形变；过冲保护层能防止悬臂梁在外力作用下超限制形变，当悬臂梁受到过大的向下方外力作用时，悬臂梁会受到过冲保护层的阻挡防止继续形变，从而保护悬臂梁使其不被损坏；有机半导体层覆盖于横梁上方，悬臂梁受到到震动影响时有机半导体层和绝缘层界面处发生变化，有机场效应晶体管迁移率发生改变。

Description

一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
本发明属于有机场效应晶体管传感技术领域，特别是涉及一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管。
【背景技术】
近些年来，随着有机电子学的迅速发展，有机场效应晶体管(OFETs)以低成本、可选择材料多、功能范围广等优势，以及在电路应用、传感应用等方面广泛的前景，吸引着人们的目光，由于有机电子器件种类的扩展，将现有的有机器件技术和传统的无机器件技术结合是未来的一个重要发展方向；由于有机材料可选择种类多，而不同材料对环境敏感程度不同，所有我们可以将其结合在无机器件中制备出各种类的传感器件；MEMS是在无机微电子技术的基础上发展起来的，包括光刻、腐蚀、薄膜等工艺，还包含了精密机械加工技术等技术，然而目前主要的机械学和电子学结合的器件存在许多问题；加速度传感器和陀螺仪作为通为MEMS中相对普遍的器件，但精度不高，可靠性、稳定性差等因素限制了其发展。本发明提出了一种新的将悬臂梁结构和有机电子器件结合的有机场效应晶体管，由于有机薄膜的电子传输受到薄膜形态的影响，所以外部震动变化会直接导致载流子迁移率的改变，这种有机材料制成的传感器件精度高，制作简单，对未来传感器发展的有着重大的意义。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管。
本发明提供的一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管，其结构如图1所示，包括衬底(1)、悬臂梁(2)、源电极(301)、漏电极(302)、栅电极(303)、机半导体层(4)、绝缘层(5)和过冲保护层(6)；
其中：悬臂梁一端固定在衬底上，另一端位于衬底上方且中间架空；过冲保护层叠置于衬底上，且过冲保护层位于悬臂梁与衬底之间架空处；源电极和漏电极分别位于悬臂梁上方左右两侧，有机半导体层位于源电极、漏电极和悬臂梁的上方；绝缘层位于有机半导体层上方；栅电极位于绝缘层的上方。
绝缘层采用悬臂梁结构，在外力的作用下悬臂梁会发生形变；过冲保护层能防止悬臂梁在外力作用下超限制形变，当悬臂梁受到过大的向下方外力作用时，悬臂梁会受到过冲保护层的阻挡防止继续形变，从而保护悬臂梁使其不被损坏；有机半导体层覆盖于横梁上方，悬臂梁受到到震动影响时有机半导体层和绝缘层界面处发生变化，有机场效应晶体管迁移率发生改变。
本发明提供的制备上述一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管方法，包括如下步骤：
(1)在硅衬底上，通过光刻的方式，采用化学汽相淀积的方法制备一层过冲保护层；过冲保护层的材料为氮化硅；
(2)在制备好过冲保护层的硅衬底上制备一层牺牲层；牺牲层覆盖硅衬底的一侧；
(3)在所述步骤(2)得到的一侧覆盖有牺牲层的衬底以及另一端未覆盖牺牲层的衬底上，采用化学汽相淀积的方法制备一层氮化硅层；
(4)释放步骤(3)中，由二氧化硅形成的牺牲层；使得位于牺牲层上方的氮化硅层悬空，形成悬臂梁；
(5)在悬空部分的氮化硅层上，采用真空蒸镀的方法制备源电极和漏电极；
(6)在制备好源电极和漏电极的氮化硅层上旋涂一层有机层半导体材料，作为有机半导体层；
(7)在制备好的有机半导体层上通过旋涂的方式制备一层绝缘层；
(8)在绝缘层上制备栅电极；
其中牺牲层位于制作了过冲保护层层的一侧且完全覆盖过冲保护层。
本发明的技术分析：
本发明的一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管在应用时，在固定的源漏电压和阈值电压下，当器件置放于有外力条件下时，其输出电流会发生变化，对比参考条件下的输出电流，可以反映出震动的情况，由于器件反应时间短，震动的情况会被实时记录下来；且器件本身具有场效应晶体管的功能，是一个集开关器件、震动传感器件、放大器件等多功能集一体的电子器件，配合外部电路可以实现更多可能的功能；具有多功能、面积小、重量轻、反应快、制作成本低等多种优势。
【附图说明】
图1为本发明提供的一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管的结构示意图。
图中，1为衬底、2为悬臂梁、301为源电极、302为漏电极、4为有机半导体层、5为绝缘层、6为过冲保护层。
【具体实施方式】
下面结合具体实例对本发明作进一步说明。
本发明分别在震动和静止的状态下测量其转移特性曲线和输出特性曲线，通过计算可确定震动和输出的关系。
本实施例按照下述步骤制备一种悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管：
1)所用衬底层为硅片，先将衬底分别用丙酮、乙醇和去离子水依此超声清洗10分钟，用氮气吹干；在清洗好的硅片上，通过光刻的方式，采用化学汽相淀积的方法制备一层过冲保护层；过冲保护层的材料为氮化硅；
2)在制备好过冲保护层的硅衬底上制备一层二氧化硅牺牲层；牺牲层覆盖硅衬底的一侧；
3)在所述步骤(2)得到的一侧覆盖有牺牲层的衬底以及另一端未覆盖牺牲层的衬底上，采用化学汽相淀积的方法制备一层氮化硅层；
4)释放步骤3)中，由二氧化硅形成的牺牲层；使得位于牺牲层上方的氮化硅层悬空，形成悬臂梁；
5)在悬空部分的氮化硅层上，采用真空蒸镀的方法制备源电极和漏电极，源电极和漏电极材料选用金属金，真空度为10-1帕斯卡以下，蒸镀速率为1埃/秒，蒸镀过程中衬底不加热，为腔体内温度；
6)在制备好源电极和漏电极的氮化硅层上旋涂一层有机层半导体材料，作为有机半导体层；所述有机材料为并五苯，所采用的工艺方法为真空蒸镀，真空度为6×10-1帕斯卡以下，蒸镀速率为0.25埃/秒，蒸镀过程中衬底温度保持在60度；
7)在制备好的并五苯有机半导体层上旋涂一层绝缘层PVA，旋涂速度为6000转/分，旋涂时间为60秒；将旋涂好的PVA放入真空干燥箱中在150度下退火2小时；
8)在制备好的绝缘层上制备一层栅电极，栅电极材料选用金属金，真空度为10-4帕斯卡以下，蒸镀速率为1埃/秒，蒸镀过程中衬底温度不加热，为腔体内温度。

Claims (2)

1.一种制作悬臂梁结构的震动传感有机场效应晶体管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在硅衬底上，通过光刻的方式，采用化学汽相淀积的方法制备一层过冲保护层：过冲保护层的材料为氮化硅：
(2)在制备好过冲保护层的硅衬底上制备一层二氧化硅牺牲层；牺牲层覆盖硅衬底的一侧：
(3)在所述步骤(2)得到的一侧覆盖有牺牲层的衬底以及另一端未覆盖牺牲层的衬底上，采用化学汽相淀积的方法制备一层氮化硅层：
(4)释放步骤(3)中，由二氧化硅形成的牺牲层使得位于牺牲层上方的氮化硅层悬空，形成悬臂梁；
(5)在悬空部分的氮化硅层上，采用真空蒸镀的方法制备源电极和漏电极；
(6)在制备好源电极和漏电极的氮化硅层上旋涂一层有机层半导体材料，作为有机半导体层：
(7)在制备好的有机半导体层上通过旋涂的方式制备一层绝缘层：
(8)在绝缘层上制备栅电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，牺牲层位于过冲保护层的一侧且完全覆盖过冲保护层。
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