摩擦電場效應晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于柔性電子學器件領域，特別是涉及一種摩擦電場效應晶體管。
【背景技術】
[0002] 場效應晶體管的核心技術是通過利用門電壓來控制元件中的電流輸運過程。雖然 場效應晶體管技術十分成熟，但鑒于器件單元的三端結(jié)構(gòu)，通常需要比較復雜的集成手段， 并且基于此類技術制成的壓力傳感器件缺乏外界環(huán)境與電子器件直接作用交互的機制。
[0003] 納米發(fā)電機是近年來的研究熱點。其中，摩擦型發(fā)電機利用了摩擦起電和靜電感 應的原理，將兩種鍍有電極的摩擦薄膜貼合在一起組成器件，在外力作用下器件產(chǎn)生機械 形變，導致兩層薄膜之間發(fā)生相互摩擦，從而產(chǎn)生電荷分離并形成電勢差。兩個金屬極板作 為發(fā)電機的電能輸出端，通過靜電感應可以在表面生成感應電荷，感應電荷在摩擦電電勢 驅(qū)動下流經(jīng)外電路形成電流。摩擦型發(fā)電機的研制，既能作為微納器件的功率源，又能作為 自供能主動式壓力傳感器，可為個人電子產(chǎn)品、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)學科學等提供自供電和自驅(qū)動 設備，有著巨大的商用和實用潛力，也將為柔性電子學的研究和應用開辟新的領域。但是， 所有的這些應用利用的都是納米發(fā)電機對外電路輸出的電信號，而單純對其摩擦表面之間 形成的靜電勢都沒有很好的利用方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種摩擦電場效應晶體管，將摩擦起電效應和半導體效應相 結(jié)合，利用摩擦引起的靜電勢作為門極門信號來實現(xiàn)對半導體中載流子輸運特性的調(diào)控， 以減少傳統(tǒng)晶體管中門電極的制備，實現(xiàn)機械壓力與電子器件的直接交互，解決壓電電子 晶體管對壓電半導體材料的依賴和外力傳感范圍較小等問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種摩擦電場效應晶體管，包括：半導體層、在該半 導體層上分隔設置的源電極和漏電極、在該半導體層的相對兩側(cè)分別設置的第一電極層和 第二電極層，其特征在于，所述第一電極層與所述半導體層之間能夠形成間距變化的相對 運動，所述第二電極層與所述半導體層之間保持歐姆接觸；
[0006] 優(yōu)選地，所述第一電極層和第二電極層之間電連接；
[0007] 優(yōu)選地，所述半導體層為N型或P型半導體，選自鍺、硅、砷化鎵、磷化鎵、硫化鎘、 硫化鋅和氧化鋅；
[0008] 優(yōu)選地，所述半導體層為體材料、薄膜、單根納米線或納米線陣列；
[0009] 優(yōu)選地，所述半導體層中還包含源極區(qū)和漏極區(qū)，所述源極區(qū)和漏極區(qū)為與所述 半導體層形成P-N結(jié)的半導體，或，與所述半導體層形成肖特基接觸的金屬；所述源電極和 漏電極分別位于相互分隔的所述源極區(qū)和漏極區(qū)之上；
[0010] 優(yōu)選地，在所述半導體層的部分上表面上覆蓋有柵絕緣層，所述柵絕緣層位于所 述源極區(qū)和漏極區(qū)之間，并且與所述源極區(qū)和漏極區(qū)同時接觸；
[0011] 優(yōu)選地，所述柵絕緣層與所述第一電極層面對面，并且所述第一電極層與所述柵 絕緣層之間能夠形成接觸和分離的相對運動；
[0012] 優(yōu)選地，所述第一電極層與柵絕緣層在接觸時能夠覆蓋所述柵絕緣層的全部表 面，并且與所述源極區(qū)和漏極區(qū)不能接觸；
[0013] 優(yōu)選地，所述柵絕緣層面向所述第一電極層的表面材料，與，第一電極層面向柵絕 緣層的表面材料，具備不同的得失電子能力；
[0014] 優(yōu)選地，所述半導體層為N型半導體，所述柵絕緣層面向所述第一電極層的表面 材料相對于所述第一電極層面向柵絕緣層的表面材料具有更強的得電子能力；或者，所述 半導體層為P型半導體，所述柵絕緣層面向所述第一電極層的表面材料相對于所述第一電 極層面向柵絕緣層的表面材料具有較弱的得電子能力；
[0015] 優(yōu)選地，所述源極區(qū)和漏極區(qū)為金屬，同時承擔所述源電極和漏電極的功能；
[0016] 優(yōu)選地，所述半導體層包括溝道層、與所述溝道層呈反型的阻礙層和在二者之間 形成的耗盡層，所述阻礙層與所述第一電極層面對面，所述耗盡層的初始跨度小于所述源 電極和漏電極之間的最小間距；
[0017] 優(yōu)選地，所述源電極和所述漏電極均為金屬材料，并且與所述溝道層形成歐姆接 觸；
[0018] 優(yōu)選地，所述第一電極層與所述阻礙層之間能夠發(fā)生接觸-分離式的相對運動；
[0019] 優(yōu)選地，所述阻礙層為P型半導體、N型半導體或金屬，所述溝道層為P型或N型 半導體；
[0020] 優(yōu)選地，所述溝道層為體材料、薄膜、單根納米線或納米線陣列；
[0021] 優(yōu)選地，還包括摩擦層，所述摩擦層延伸覆蓋所述阻礙層的部分上表面，所述第一 電極層與所述摩擦層之間能夠發(fā)生接觸-分離式的相對運動；
[0022] 優(yōu)選地，所述阻礙層為P型半導體，所述摩擦層面向第一電極層的表面相對于所 述第一電極層面向摩擦層的表面，具有更強的得電子能力；或者，所述阻礙層為N型半導 體，所述摩擦層面向第一電極層的表面相對于所述第一電極層面向摩擦層的表面，具有較 弱的得電子能力；或者，所述阻礙層為金屬，所述溝道層為P型半導體，所述摩擦層面向第 一電極層的表面相對于所述第一電極層面向摩擦層的表面，具有較弱的得電子能力；或者， 所述阻礙層為金屬，所述溝道層為N型半導體，所述摩擦層面向第一電極層的表面相對于 所述第一電極層面向摩擦層的表面，具有更強的得電子能力；
[0023] 優(yōu)選地，所述摩擦層為多層結(jié)構(gòu)，其中與所述阻礙層接觸的一側(cè)為金屬層，而與第 一電極層面對面的一側(cè)為絕緣層或半導體層；
[0024] 優(yōu)選地，所述第一電極層含有導電材料，所述導電材料選自金屬、合金以及導電氧 化物；
[0025] 優(yōu)選地，所述第一電極層為多層結(jié)構(gòu)，其上表面為導電材料，面向所述柵絕緣層、 所述溝道層或所述摩擦層的下表面為絕緣材料或半導體材料；
[0026] 優(yōu)選地，所述絕緣材料選自：聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚二苯基 丙烷碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺、三聚氰 胺甲醛、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素乙酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚鄰苯二甲酸二烯 丙酯、再生纖維海綿、聚氨酯彈性體、苯乙烯丙烯共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、人造纖維、 聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯柔性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚 乙烯醇縮丁醛、酚醛樹脂、氯丁橡膠、丁二烯丙烯共聚物、天然橡膠、聚丙烯腈、聚（偏氯乙 烯-CO-丙烯腈）、聚乙烯丙二酚碳酸鹽，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、液晶高分 子聚合物、聚氯丁二烯、聚丙烯腈、聚雙苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚三氟氯乙烯、聚偏二氯乙烯、 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和派瑞林；所述半導體材料選自：硅、鍺、第III和第V族化合物、 第II和第VI族化合物、以及由III-V族化合物和II-VI族化合物組成的固溶體；
[0027] 優(yōu)選地，所述第一電極層面向所述柵絕緣層、所述溝道層或所述摩擦層的表面，和 /或，所述柵絕緣層面、所述溝道層或所述摩擦層向所述第一電極層的表面，全部或部分設 置有微納結(jié)構(gòu)，所述微納結(jié)構(gòu)選自納米線，納米管，納米顆粒，納米溝槽、微米溝槽，納米錐、 微米錐、納米球和微米球狀結(jié)構(gòu)，以及由上述結(jié)構(gòu)形成的陣列；
[0028] 優(yōu)選地，所述第一電極層與所述柵絕緣層、所述溝道層或所述摩擦層具