CN108550629A - 液态金属场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种液态金属场效应晶体管及其制备方法。该液态金属场效应晶体管包括柔性衬底、液态金属栅极、介电层、半导体层、液态金属源极和液态金属漏极；液态金属栅极间隔设置于柔性衬底的上部，介电层覆盖于液态金属栅极的上表面，半导体层、液态金属源极和液态金属漏极叠设于介电层的上部，液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。本发明实施例提供的液态金属场效应晶体管及其制备方法，通过在柔性衬底上设置液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极，有效地利用了液态金属的柔软性，使得液态金属场效应晶体管具有良好的柔性性能，能够在弯曲以及拉伸状态下稳定工作。
Description
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种液态金属场效应晶体管及其制备方法。
背景技术
场效应晶体管(Field Effect Transistor，简称FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。其具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，在大规模和超大规模集成电路中被广泛应用。现有技术中，场效应晶体管通常采用硬质材料制成，例如单晶硅等。由于硬质材料的物理特性，场效应晶体管无法实现大范围的形变，因此，现有技术中的场效应晶体管难以满足人们对可弯曲性等方面的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的液态金属场效应晶体管及其制备方法。
第一方面，本发明实施例提供一种液态金属场效应晶体管，包括柔性衬底、液态金属栅极、介电层、半导体层、液态金属源极和液态金属漏极；液态金属栅极间隔设置于柔性衬底的上部，介电层覆盖于液态金属栅极的上表面，半导体层、液态金属源极和液态金属漏极叠设于介电层的上部，液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。
第二方面，本发明实施例提供一种液态金属场效应晶体管的制备方法，在柔性衬底的上部间隔制作液态金属栅极，并在液态金属栅极的上表面沉积介电层；在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，以使半导体层、液态金属源极及液态金属漏极叠设于介电层的上部，且液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。
本发明实施例，通过在柔性衬底上设置液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极，有效地利用了液态金属的柔软性，使得液态金属场效应晶体管具有良好的柔性性能，能够在弯曲以及拉伸状态下稳定工作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的液态金属场效应晶体管的器件阵列分布图；
图2为本发明一实施例提供的液态金属场效应晶体管的结构示意图；
图3为本发明又一实施例提供的液态金属场效应晶体管的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的液态金属场效应晶体管的制备方法的流程示意图。
图中，1：柔性衬底；2：液态金属栅极；3：介电层；4：液态金属源极；5：液态金属漏极；6：半导体层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
目前半导体和微电子行业中的常规电子器件，通常是在硅基底上结合微纳米加工工艺进行制备。这些硅基电子器件在上个世纪后半叶对人类社会的发展发挥了重大的作用，然而随着未来电子产品在便捷性、超薄性、可弯曲性等方面的需求，需要找寻新一代的电子器件和相关制备技术。柔性电子器件以其独特的延展性、多元化、低成本等方面的优势，在近几年得到非常迅猛的发展。柔性电子器件是一种新兴电子技术，其器件具有独特的柔性延展性，目前一般是将有机无机材料电子器件制作在柔性可延性的衬底上例如塑料、薄金属基板等而实现，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景。随着柔性电子器件的科学技术不断的发展，现在柔性电子器件主要包括柔性显示、柔性存储、柔性储能、柔性传感、柔性电路等，这些柔性电子器件主要由功能器件和柔性电子线路组成，在柔性电子线路的研究和应用中，人们发现导电性良好的金属材料尽管可以通过构造岛状、蛇形、马蹄形等结构实现一定的形变能力，但很难实现较大范围的形变。
有别于上述经典材料的是，近年来引发国际广泛重视的新型功能材料-液态金属是常温常压下保持液态的一类合金，具有优良的导电性、较低的凝固点以及其他各种常规材料无法拥有的属性。当前围绕室温液态金属的基础及应用研究已成为国际热门的重大科技前沿，不过，限于发展阶段，这类材料在功能性器件制造方面的探索才刚刚开始。液态金属制作柔性电子器件可以结合传统金属导电性能和非金属材料柔性的优势：其一，熔点低、粘度低，室温下具有水一样的流动性；其二，导电性强，电导率高；其三，稳定性好，无毒且不易与其他物质反应；其四，沸点高，达到2000℃也不易挥发。在当前柔性电子发展的朝阳时期，液态金属在复杂大面积柔性电路的快速制造方面打开了全新的视野。
本发明实施例提供一种液态金属场效应晶体管，包括柔性衬底、液态金属栅极、介电层、半导体层、液态金属源极和液态金属漏极；液态金属栅极间隔设置于柔性衬底的上部，介电层覆盖于液态金属栅极的上表面，半导体层、液态金属源极和液态金属漏极叠设于介电层的上部，液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。
具体地，柔性衬底作为液态金属场效应晶体管的基底，由柔性材料制备而成，例如，柔性衬底由聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等制备而成。
液态金属栅极由液态金属，例如汞(Hg)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、Ga-In合金、Ga-In-Sn合金，金属或非金属掺杂的Ga合金、Ga-In合金和Ga-In-Sn合金中的一种或者几种制备而成。液态金属栅极位于柔性衬底的上表面，具体可以采用喷涂或打印等方式间隔设置于柔性衬底上。其中的打印方式可以采用数字电子打印技术、喷墨打印技术和刮印等。
图1为本发明实施例提供的液态金属场效应晶体管的器件阵列分布图。如图1所示，至少有一个液态金属栅极设置于柔性衬底上，例如，图1所示的4个液态金属栅极等距间隔重复设置于柔性衬底上。液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极整体作为一个单元重复排列。多个重复单元之间的横向间隔和纵向间隔可根据实际需求进行合理设置。其中，最佳横向间隔为20cm，最佳纵向间隔为30cm。液态金属栅极制备完成之后，需要以一定的温度进行冷冻处理。其中，冷冻温度低于液态金属的熔点，经验温度范围为-10℃～-100℃，以-20℃为最佳。冷冻处理的时长根据实际需要进行设置，例如，冷冻时长为10min。
介电层由离子凝胶、环氧基树脂、光刻胶等液相介质材料作制备而成。介电层覆盖于液态金属栅极的上表面，具体可以通过旋涂、喷涂、滴涂、喷墨打印或者提拉技术等方式将介电层沉积在液态金属栅极上。液态金属源极、液态金属漏极和半导体层重叠设置于介电层上，具体包括两种形式：(1)底栅底接触式，液态金属源极和液态金属漏极先设置于介电层的上表面，半导体层再设置于液态金属源极和液态金属漏极的上表面；(2)底栅顶接触式，半导体层先设置于介电层的上表面，液态金属源极和液态金属漏极再设置于半导体层的上表面。液态金属漏极和液态金属栅极之间通过半导体层连接。当液态金属场效应晶体管工作时，液态金属源极和液态金属漏极之间的载流子会在半导体层中流动。
本发明实施例，通过在柔性衬底上设置液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极，有效地利用了液态金属的柔软性，使得液态金属场效应晶体管具有良好的柔性性能，能够在弯曲以及拉伸状态下稳定工作。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，液态金属源极及液态金属漏极设置于介电层的上部，液态金属源极与液态金属漏极之间形成第一沟道，半导体层设置于第一沟道中。
具体地，图2为本发明一实施例提供的液态金属场效应晶体管的结构示意图。如图2所示，该液态金属场效应晶体管包括柔性衬底1、液态金属栅极2、介电层3、液态金属源极4、液态金属漏极5和半导体层6。其中液态金属栅极2间隔设置于所柔性衬底1的上部，介电层3覆盖于液态金属栅极2的上表面。
液态金属源极4和液态金属漏极5，由液态金属制备而成，例如汞(Hg)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、Ga-In合金、Ga-In-Sn合金，金属或非金属掺杂的Ga合金、Ga-In合金和Ga-In-Sn合金中的一种或者几种制备而成。液态金属源极4和液态金属漏极5，设置于介电层的上表面，具体可采用喷涂或打印等方式将液态金属源极4和液态金属漏极5间隔设置于介电层上。其中的打印方式可以采用，数字电子打印技术、喷墨打印技术和刮印等。
液态金属源极4和液态金属漏极5之间形成第一沟道。该第一沟道为液态金属场效应晶体管工作时，液态金属源极4和液态金属漏极5之间载流子的流动通道。半导体层6由半导体材料，例如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、并五苯、ZnO、聚噻吩、PTAA、P3HT、PDTT、MoS2等，制备而成。半导体层6具体可以采用滴涂、喷涂或者旋涂技术等方式在第一沟道内沉积而成。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，半导体层覆盖于介电层的上表面，液态金属源极与液态金属漏极设置于半导体层的上部，且液态金属源极与液态金属漏极之间形成第二沟道。
具体地，图3为本发明又一实施例提供的液态金属场效应晶体管的结构示意图。如图3所示，该液态金属场效应晶体管包括柔性衬底1、液态金属栅极2、介电层3、液态金属源极4、液态金属漏极5和半导体层6。其中液态金属栅极2间隔设置于柔性衬底1的上部，介电层3覆盖于液态金属栅极2的上表面。
半导体层6具体可以采用滴涂、喷涂或者旋涂技术等方式在介电层的上表面沉积而成。液态金属源极4和液态金属漏极5，设置于半导体层的上表面，具体地采用喷涂或打印等方式将液态金属源极4和液态金属漏极5间隔设置于半导体层上。其中的打印方式可以采用，数字电子打印技术、喷墨打印技术和刮印等。液态金属源极4和液态金属漏极5之间形成由半导体层构成的第二沟道。该第二沟道为液态金属场效应晶体管工作时，液态金属源极4和液态金属漏极5之间载流子的流动通道。
以上各发明实施例，通过改变液态金属源极、液态金属漏极和半导体层在介电层上叠设的位置关系，可以实现液态金属场效应晶体管的结构上的多样性以满足不同的应用需求。
图4为本发明实施例提供的一种液态金属场效应晶体管的制备方法的流程示意图。如图4所示，该方法包括：
步骤401，在柔性衬底的上部间隔制作液态金属栅极，并在液态金属栅极的上表面沉积介电层；
具体地，采用柔性材料制备柔性衬底作为液态金属场效应晶体管的基底。其中，柔性材料具体可以为聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。
采用液态金属在柔性衬底上制备液态金属栅极，并使得液态金属栅极间隔设置于柔性衬底上。其中，液态金属具体可以为汞(Hg)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、Ga-In合金、Ga-In-Sn合金，金属或非金属掺杂的Ga合金、Ga-In合金和Ga-In-Sn合金中的一种或者几种。其中，制备方法可以采用喷涂或打印等方式，例如采用打印方式可以具体为数字电子打印技术、喷墨打印技术和刮印等。如图1所示，至少有一个液态金属栅极设置于柔性衬底上，例如，图1所示的4个液态金属栅极等距间隔重复设置于柔性衬底上。液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极整体作为一个单元重复排列。多个重复单元之间的横向间隔和纵向间隔可根据实际需求进行合理设置。其中，最佳横向间隔为20cm，最佳纵向间隔为30cm。液态金属栅极制备完成之后，需要以一定的温度进行冷冻处理。其中，冷冻温度低于液态金属的熔点，经验温度范围为-10℃～-100℃，以-20℃为最佳。冷冻处理的时长根据实际需要进行设置，例如，冷冻时长为10min。
采用液相介质材料在液态金属上表面沉积形成介电层。其中，液相介质材料具体可以为离子凝胶、环氧基树脂、光刻胶等。沉积方式具体可以为旋涂、喷涂、滴涂、喷墨打印或者提拉技术等方式。介电层覆盖于液态金属栅极的上表面。
步骤402，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，以使半导体层、液态金属源极及液态金属漏极叠设于介电层的上部，且液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。
具体地，液态金属源极、液态金属漏极和半导体层重叠设置于介电层上，具体包括两种形式：(1)底栅底接触式，液态金属源极和液态金属漏极先设置于介电层的上表面，半导体层再设置于液态金属源极和液态金属漏极的上表面；(2)底栅顶接触式，半导体层先设置于介电层的上表面，液态金属源极和液态金属漏极再设置于半导体层的上表面。液态金属漏极和液态金属栅极之间通过半导体层连接。当液态金属场效应晶体管工作时，液态金属源极和液态金属漏极之间的载流子会在半导体层中流动。
本发明实施例，通过在柔性衬底上设置液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极，有效地利用了液态金属的柔软性，使得液态金属场效应晶体管具有良好的柔性性能，能够在弯曲以及拉伸状态下稳定工作。而现有技术的液态金属场效应晶体管的制备过程中，需要经过刻蚀、光刻等半导体工艺，步骤复杂，成本较高，难以实现大批量生产。本发明实施例采用液态金属来制备液态金属场效应晶体管，不仅简化了液态金属场效应晶体管的结构，还使得液态金属场效应晶体管的工艺灵活、成本较低、适于大批量生产。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，包括：在介电层的上部制作液态金属源极及液态金属漏极，并使液态金属源极与液态金属漏极之间形成第一沟道；在第一沟道中形成半导体层。
具体地，选用液态金属制备液态金属源极和液态金属漏极，其中液态金属具体可以为汞(Hg)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、Ga-In合金、Ga-In-Sn合金，金属或非金属掺杂的Ga合金、Ga-In合金和Ga-In-Sn合金中的一种或者几种。采用喷涂或打印等方式将液态金属源极和液态金属漏极设置于介电层的上表面，其中打印方式可以具体为数字电子打印技术、喷墨打印技术和刮印等。
在液态金属源极和液态金属漏极之间形成第一沟道。该第一沟道为液态金属场效应晶体管工作时，液态金属源极和液态金属漏极之间载流子的流动通道。接着，选用半导体材料在第一沟道中沉积形成半导体层。其中，半导体材料具体可以为碳纳米管、石墨烯、富勒烯、并五苯、ZnO、聚噻吩、PTAA、P3HT、PDTT、MoS2等；沉积方式具体可以为滴涂、喷涂或者旋涂技术等方式。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，包括：在介电层的上部形成半导体层；在半导体层的上部制作液态金属源极及液态金属漏极，并使液态金属源极与液态金属漏极之间形成第二沟道。
具体地，选用半导体材料在介电层上表面沉积形成半导体层。其中，半导体材料具体可以为碳纳米管、石墨烯、富勒烯、并五苯、ZnO、聚噻吩、PTAA、P3HT、PDTT、MoS2等；沉积方式具体可以为滴涂、喷涂或者旋涂技术等方式。
接着，选用液态金属制备液态金属源极和液态金属漏极，其中液态金属具体可以为汞(Hg)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)、Ga-In合金、Ga-In-Sn合金，金属或非金属掺杂的Ga合金、Ga-In合金和Ga-In-Sn合金中的一种或者几种。采用喷涂或打印等方式将液态金属源极和液态金属漏极设置于半导体层的上表面，其中打印方式可以具体为数字电子打印技术、喷墨打印技术和刮印等。在液态金属源极和液态金属漏极之间形成第二沟道。该第二沟道为液态金属场效应晶体管工作时，液态金属源极和液态金属漏极之间载流子的流动通道。
以上各发明实施例，通过改变液态金属源极、液态金属漏极和半导体层在介电层上叠设的位置关系，可以实现液态金属场效应晶体管的结构上的多样性以满足不同的应用需求。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，在液态金属栅极的上表面沉积介电层，包括：采用旋涂机在液态金属栅极的上表面沉积介电层，并在旋涂过程中向旋涂机周围注入液氮，以使液态金属栅极处于凝固状态。
具体地，采用旋涂机旋涂的方式在液态金属栅的上表面进行介电层沉积时，为使液态金属栅极在旋涂的过程中处于凝固状态，在旋涂的过程中边旋涂边加入液氮。例如，选用PMMA作为介电层材料，采用旋涂技术在栅电极表面沉积形成介电层。在旋涂过程中不断将液氮注入到旋涂机转盘周围，以保持液态金属的低温凝固状态。本发明实施例选用旋涂机旋涂的方式沉积介电层，但是沉积方式不限于此，还包括旋涂、喷涂、滴涂、喷墨打印或者提拉浸渍等方式。
本发明实施例通过在旋涂方式沉积介电层的过程中，边旋涂边加入液氮，可以保持液态金属的低温凝固状态。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，在液态金属栅极上沉积介电层之后，还包括：对介电层进行退火处理。
具体地，在液态金属栅极的上表面沉积介电层之后，需要对介电层进行退火处理或者紫外加热。例如，然后将沉积有介电层的液态金属电极放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善介电层的绝缘性能。
本发明实施例通过在液态金属栅极上沉积介电层之后，对介电层进行退火处理或紫外加热，可以有效地改善介电层的绝缘性能。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，还包括：对半导体层进行退火处理。
具体地，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，需要对半导体层进行退火处理或紫外加热处理。例如，沉积半导体层后，将样品放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善半导体层的导电性能。
本发明实施例通过在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，对半导体层进行退火处理或者紫外加热，可以有效地改善半导体层的导电性能。
在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施例，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，还包括：将混合液均匀涂覆在液态金属场效应晶体管的表面后，对液态金属场效应晶体管进行加热处理直至混合液凝固，其中，混合液是通过以设定质量比均匀混合聚二甲基硅氧烷和硅胶固化剂获得的。
具体地，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，将混合液均匀涂覆在液态金属场效应晶体管的表面后，对液态金属场效应晶体管进行加热处理直至混合液凝固。其中，混合液具体可以为聚二甲基硅氧烷(PDMS)和硅胶固化剂等弹性高分子材料中的任意一种；混合液中的混合比例可以根据实际需要进行设置。例如，将聚二甲基硅氧烷和硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液均匀涂覆在晶体管器件表面，置于100℃烘箱中加热1小时，凝固后取出。
本发明实施例通过在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，对整个液态金属场效应晶体管进行封装处理，可以提高液态金属场效应晶体管的性能。
本发明提供的具体实施例1，包括：
步骤11，选取柔性衬底，通过数字打印技术在柔性衬底表面制作液态金属栅极。
步骤12，将打印好液态金属栅极的柔性衬底放置在冷冻台上，在-20℃下对液态金属栅极进行冷冻处理，冷冻处理的时长为10min。
步骤13，待液态金属栅极凝固后，采用旋涂技术在液态金属栅极表面沉积PMMA介电层。在旋涂过程中不断将液氮注入到旋涂机转盘周围，以保持液态金属的低温凝固状态。旋涂时转速2000r/min，旋涂时长60s，PMMA介电层的厚度为300nm。然后将旋涂有介电层的液态金属栅极放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善介电层的绝缘性能，处理后的液态金属栅极取出后置于手套箱中保存。
步骤14，通过刮印技术在处理后的介电层上制作液态金属源极和液态金属漏极，同时在液态金属源极和液态金属漏极之间形成沟道。
步骤15，通过滴涂技术将半导体碳纳米管墨水沉积在液态金属源极和液态金属漏极之间的沟道中，形成半导体层，作为晶体管的半导体层。沉积半导体层后，将样品放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善半导体层的导电性能。
步骤16，将PDMS和硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液均匀涂覆在晶体管器件表面对，置于100℃烘箱中加热1小时，凝固后取出。最后获得性能优良的液态金属场效应晶体管，其结构如图2所示。
本发明提供的具体实施例2，包括：
步骤21，选取柔性衬底，通过数字打印技术在柔性衬底表面制作液态金属栅极。
步骤22，将打印好液态金属栅极的柔性衬底放置在冷冻台上，在-20℃下对液态金属栅极进行冷冻处理，冷冻处理的时长为10min。
步骤23，待液态金属栅极凝固后，采用浸渍提拉技术在液态金属栅极的表面沉积SU-8介电层。将己打印好液态金属栅极的柔性衬底，以一定慢速垂直浸入SU-8介电层溶液，保持约60s，慢慢地垂直匀速向上提拉取出样品，然后将沉积有介电层的液态金属栅极放进烘箱，在60℃的温度下进行15min的退火处理，取出后在24W，365nm的紫外灯下照射10min，以改善介电层的绝缘性能。对样品再次进行浸渍提拉，同样实施退火及紫外光照处理。得到的SU-8薄膜厚度为300nm，处理后的液态金属栅极取出后置于手套箱中保存。
步骤24，通过刮印技术在处理后的介电层上制作液态金属源极和液态金属漏极，同时在液态金属源极和液态金属漏极之间形成沟道。
步骤25，通过滴涂技术将半导体碳纳米管墨水沉积在液态金属源极和液态金属漏极之间的沟道中，形成半导体层，作为晶体管的半导体层。沉积半导体层后，将样品放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善半导体层的导电性能。
步骤26，将PDMS和硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液均匀涂覆在晶体管器件表面对，置于100℃烘箱中加热1小时，凝固后取出。最后获得性能优良的液态金属场效应晶体管，其结构如图2所示。
本发明提供的具体实施例3，包括：
步骤31，选取柔性衬底，通过数字打印技术在柔性衬底表面制作液态金属栅极。
步骤32，将打印好液态金属栅极的柔性衬底放置在冷冻台上，在-20℃下对液态金属栅极进行冷冻处理，冷冻处理的时长为10min。
步骤33，待液态金属栅极凝固后，采用旋涂技术在液态金属栅极表面沉积PMMA介电层。在旋涂过程中不断将液氮注入到旋涂机转盘周围，以保持液态金属的低温凝固状态。旋涂时转速2000r/min，旋涂时长60s，PMMA介电层的厚度为300nm。然后将旋涂有介电层的液态金属栅极放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善介电层的绝缘性能，处理后的液态金属栅极取出后置于手套箱中保存。
步骤34，在介电层上通过滴涂技术将半导体碳纳米管墨水沉积在液态金属源极和液态金属漏极之间的沟道中，形成半导体层，作为晶体管的半导体层。沉积半导体层后，将样品放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善半导体层的导电性能。
步骤35，通过刮印技术在处理后的半导体层上制作液态金属源极和液态金属漏极，同时在液态金属源极和液态金属漏极之间形成沟道。
步骤36，将PDMS和硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液均匀涂覆在晶体管器件表面对，置于100℃烘箱中加热1小时，凝固后取出。最后获得性能优良的液态金属场效应晶体管，其结构如图3所示。
本发明提供的具体实施例4，包括：
步骤41，选取柔性衬底，通过数字打印技术在柔性衬底表面制作液态金属栅极。
步骤42，将打印好液态金属栅极的柔性衬底放置在冷冻台上，在-20℃下对液态金属栅极进行冷冻处理，冷冻处理的时长为10min。
步骤43，待液态金属栅极凝固后，采用浸渍提拉技术在液态金属栅极的表面沉积SU-8介电层。将己打印好液态金属栅极的柔性衬底，以一定慢速垂直浸入SU-8介电层溶液，保持约60s，慢慢地垂直匀速向上提拉取出样品，然后将沉积有介电层的液态金属栅极放进烘箱，在60℃的温度下进行15min的退火处理，取出后在24W，365nm的紫外灯下照射10min，以改善介电层的绝缘性能。对样品再次进行浸渍提拉，同样实施退火及紫外光照处理。得到的SU-8薄膜厚度为300nm，处理后的液态金属栅极取出后置于手套箱中保存。
步骤44，在介电层上通过滴涂技术将半导体碳纳米管墨水沉积在液态金属源极和液态金属漏极之间的沟道中，形成半导体层，作为晶体管的半导体层。沉积半导体层后，将样品放进烘箱，在120℃的温度下进行30min的退火处理，以改善半导体层的导电性能。
步骤45，通过刮印技术在处理后的半导体层上制作液态金属源极和液态金属漏极，同时在液态金属源极和液态金属漏极之间形成沟道。
步骤46，将PDMS和硅胶固化剂以10:1的质量比混合均匀，随后将混合液均匀涂覆在晶体管器件表面对，置于100℃烘箱中加热1小时，凝固后取出。最后获得性能优良的液态金属场效应晶体管，其结构如图3所示。
以上各发明实施例，通过在柔性衬底上以打印或者喷涂等方式设置液态金属栅极、液态金属源极和液态金属漏极，能够将打印技术与兼具优异导电性能与柔性的液态金属材料结合，使得液态金属场效应晶体管的结构简单、工艺灵活、成本较低、适于大批量生产。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种液态金属场效应晶体管，其特征在于，包括柔性衬底、液态金属栅极、介电层、半导体层、液态金属源极和液态金属漏极；液态金属栅极间隔设置于柔性衬底的上部，介电层覆盖于液态金属栅极的上表面，半导体层、液态金属源极和液态金属漏极叠设于介电层的上部，液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。
2.根据权利要求1的液态金属场效应晶体管，其特征在于，液态金属源极及液态金属漏极设置于介电层的上部，液态金属源极与液态金属漏极之间形成第一沟道，半导体层设置于第一沟道中。
3.根据权利要求1的液态金属场效应晶体管，其特征在于，半导体层覆盖于介电层的上表面，液态金属源极与液态金属漏极设置于半导体层的上部，且液态金属源极与液态金属漏极之间形成第二沟道。
4.一种液态金属场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
在柔性衬底的上部间隔制作液态金属栅极，并在液态金属栅极的上表面沉积介电层；
在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，以使半导体层、液态金属源极及液态金属漏极叠设于介电层的上部，且液态金属源极通过半导体层与液态金属漏极连接。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，包括：
在介电层的上部制作液态金属源极及液态金属漏极，并使液态金属源极与液态金属漏极之间形成第一沟道；
在第一沟道中形成半导体层。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层，包括：
在介电层的上部形成半导体层；
在半导体层的上部制作液态金属源极及液态金属漏极，并使液态金属源极与液态金属漏极之间形成第二沟道。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于，在液态金属栅极的上表面沉积介电层，包括：
采用旋涂机在液态金属栅极的上表面沉积介电层，并在旋涂过程中向旋涂机周围注入液氮，以使液态金属栅极处于凝固状态。
8.根据权利要求4的方法，其特征在于，在液态金属栅极上沉积介电层之后，还包括：对介电层进行退火处理。
9.根据权利要求4的方法，其特征在于，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，还包括：对半导体层进行退火处理。
10.根据权利要求4的方法，其特征在于，在介电层上形成液态金属源极、液态金属漏极和半导体层之后，还包括：将混合液均匀涂覆在液态金属场效应晶体管的表面后，对液态金属场效应晶体管进行加热处理直至混合液凝固，其中，混合液是通过以设定质量比均匀混合聚二甲基硅氧烷和硅胶固化剂获得的。
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