一種碳納米管薄膜晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及薄膜晶體管領域，特別設及一種碳納米管薄膜晶體管及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力 學、電學和化學性能。例如高電流密度(超過l〇9A/cm2)、出色的熱導率(約6600W/m?K)和高 光透明度(超過90% )。由于運些顯著的性質，人們把碳納米管，特別是單壁納米管，用于薄 膜晶體管中。
[0003]現有的碳納米管薄膜晶體管一般采用重滲娃片進行制作。具體如圖1所示，碳納米 管薄膜晶體管W娃片作為襯底及柵極，所述娃片上設置一層二氧化娃作為柵極絕緣層;于 柵極絕緣層上再設置一層碳納米管作為半導體層，最后在碳納米管制成的有源層上制作源 極和漏極。
[0004]由于目前碳薄膜晶體管仍處于研發階段，為了保證其器件性能，采用了剛性襯底， 阻礙了其在柔性器件中的應用。而且，現有方法制備的單壁碳納米管中，約=分之二的碳納 米管為半導體性，約=分之一的碳納米管為金屬性，兩者共存大大限制了薄膜晶體管的電 學性能。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種碳納米管薄膜晶體管及其制備方法，所述碳 納米管薄膜晶體管具有較高的電學性能。
[0006]本發明公開了一種碳納米管薄膜晶體管，包括襯底，設置于襯底上的柵極，設置于 所述柵極表面的有機絕緣層，設置于所述有機絕緣層上的半導體層，設置于所述半導體層 上的源極和漏極，所述半導體層為依次設置的聚3-己基嚷吩層和碳納米管聚3-己基嚷吩混 合層，所述聚3-己基嚷吩層設置于有機絕緣層與碳納米管聚3-己基嚷吩混合層之間。
[0007] 優選的，所述襯底為柔性襯底。
[000引優選的，所述柔性襯底為絲素蛋白柔性襯底。
[0009]優選的，所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層由聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管制 成。
[0010] 優選的，所述聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管中，所述半導體性碳納米管質量含量 占全部碳納米管的99.9 %W上。
[0011] 本發明還公開了一種碳納米管薄膜晶體管的制備方法，包括W下步驟：
[001 ^ 審恪襯底；
[0013]在所述襯底上制備柵極；
[0014] 在所述柵極表面形成有機絕緣層；
[0015]在所述有機絕緣層上制備聚3-己基嚷吩層；
[0016] 所述聚3-己基嚷吩層上制備碳納米管聚3-己基嚷吩混合層；
[0017] 在所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層上形成源極和漏極，得到碳納米管薄膜晶體 管。
[0018] 優選的，所述制備聚3-己基嚷吩層的方法為:將聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中涂 覆于有機絕緣層表面，真空退火，然后在室溫真空條件下靜置。
[0019] 優選的，所述制備聚3-己基嚷吩層的方法為:將聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中涂 覆于有機絕緣層表面，在25~240°C下真空退火5~15分鐘，然后在室溫真空條件下靜置。
[0020] 優選的，所述制備聚3-己基嚷吩層的方法為:將聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中涂 覆于有機絕緣層表面，在25~240°C下真空退火5~15分鐘，然后在室溫真空條件下靜置20 ~30小時。
[0021] 優選的，所述制備碳納米管聚3-己基嚷吩混合層的方法為：
[0022] 將單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中，超聲混合后，離屯、分離，得到聚 3-己基嚷吩包裹的碳納米管；
[0023] 將聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管溶于有機溶劑后，涂覆在聚3-己基嚷吩層表面， 干燥后，得到碳納米管聚3-己基嚷吩混合層。
[0024] 優選的，所述制備聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管的方法包括：
[0025] 將單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中，超聲混合后，離屯、分離，所述離 屯、的轉速為13000~15000轉，離屯、時間為5~10分鐘，得到聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管， 其中所述半導體性碳納米管質量含量占全部碳納米管的99.9%W上。
[00%]優選的，所述單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩的體積比（8~15): 1。
[0027] 優選的，所述制備襯底的方法為:在彈性橡膠上利用溶液法制備絲素蛋白柔性襯 底。
[0028] 優選的，還包括，在制備形成源極和漏極后，剝離彈性橡膠。
[0029] 與現有技術相比，本發明的碳納米管薄膜晶體管W聚3-己基嚷吩層和碳納米管聚 3-己基嚷吩混合層共同構成半導體層。其中，碳納米管聚3-己基嚷吩混合層中的半導體性 碳納米管的含量較高，基本避免了含有金屬性碳納米管，因此保證了薄膜晶體管的電學性 能。而且，所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層與所述聚3-己基嚷吩層通過3I-3I鍵連接，形成 一種碳納米管薄膜晶體管的半導體層立體通道，從而使制得的碳納米管薄膜晶體管具有了 較高的電學性能，如高遷移率及高開關比。
[0030] 進一步的，所述碳納米管薄膜晶體管還可W柔性材料作為襯底，從而適用于精細 工作及測量使用，尤其適用于醫療及可穿戴設備領域，體外或植入人體內部的醫療監測及 治療的器件應用。
【附圖說明】
[0031 ]圖1表示現有碳納米管薄膜晶體管的結構示意圖；
[0032] 圖2表示本發明的碳納米管薄膜晶體管的結構示意圖；
[0033] 圖3表示聚3-己基嚷吩層的晶相說明原理圖；
[0034] 圖4表示本發明慢性成膜法制備的有機高分子RR-P3HT層GIXRD圖譜；
[0035] 圖5表示普通成膜法制備的有機高分子RR-P3HT層GIX畑圖譜；
[0036] 圖6表示本發明中碳納米管薄膜晶體管的半導體層立體通道示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是 應當理解，運些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點，而不是對本發明權利要求的 限制。
[0038] 本發明實施例公開了一種碳納米管薄膜晶體管，包括襯底，設置于襯底上的柵極， 設置于所述柵極表面的有機絕緣層，設置于所述有機絕緣層上的半導體層，設置于所述半 導體層上的源極和漏極。
[0039] 本發明改進了所述半導體層，所述半導體層為依次設置的聚3-己基嚷吩（RR-P3HT)層和碳納米管聚3-己基嚷吩混合（SC-SWCNT/RR-P3HT)層，所述聚3-己基嚷吩層設置 于有機絕緣層與碳納米管聚3-己基嚷吩混合層之間。
[0040] 所述碳納米管聚3-己基嚷吩混合層由聚3-己基嚷吩包裹的半導體性碳納米管制 成。具體的制備方法為:將單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中，超聲混合后，離 屯、分離，得到聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管；
[0041] 將聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管溶于有機溶劑后，涂覆在聚3-己基嚷吩層表面， 干燥后，得到碳納米管聚3-己基嚷吩混合層。
[0042] 所述方法中，所述單壁碳納米管與聚3-己基嚷吩的體積比優選為(8~15): 1。所述 離屯、的轉速優選為13000~15000轉，離屯、時間優選為5~10分鐘。經過離屯、后，聚3-己基嚷 吩將選擇性的包裹于半導體性碳納米管上，自然完成了對于半導體性碳納米管和金屬性碳 納米管的分離。得到的聚3-己基嚷吩包裹的碳納米管中，半導體性碳納米管質量含量占全 部碳納米管的99.9 %W上，有效避免了金屬性碳納米管的滲入。
[0043] 所述聚3-己基嚷吩層優選為經過慢性成膜處理得到。所述慢性成膜處理具體為：
[0044] 將聚3-己基嚷吩溶于有機溶劑中涂覆于絕緣層表面，真空退火，然后在室溫真空 條件下靜置。所述真空退火的溫度為25~240°C，更優選為100~200°C，最優選為150°C。所 述真空退火的時間優選為5~15分鐘，更優選為10分鐘。所述靜置的時間優選為20~30小 時。經過運種慢性成膜處理，聚3-己基嚷吩層將呈現明顯立體的共輛微晶粒薄片的生長方 式，完成一種自我的聚3-己基嚷吩層生長過程中的自組織生長。
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