本发明属于薄膜晶体管制备，具体涉及一种图案化薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术：
1、薄膜晶体管是有源矩阵驱动的核心器件，在高性能平板显示器和柔性传感器件领域有着非常重要的作用。图案化薄膜晶体管在具备开关及发光等功能的前提下，还具有一定的图形可视化性能，在复杂构型柔性传感器领域有着重要应用。传统图案化薄膜晶体管采用丝网印刷、化学刻蚀及光化学刻蚀等方法制备。受限于昂贵的设备、复杂的刻蚀工艺及加工精度等方面的限制，这些方法难以加工非常精细且低成本的图案化薄膜晶体管。
2、激光自问世以来，以高强度、强相干性和出色的方向性等优点在微纳加工领域得到了广泛应用。利用计算机设计模型并控制激光直接打印、烧蚀材料以制备电子器件的激光直写技术更是得到了研究者们的广泛关注。近年来，激光直写技术和材料的发展使得人们能够快速制备出尺寸更小、功能更多及成本更低的微纳电子器件。
技术实现思路
1、针对传统图案化薄膜晶体管加工精度低和成本高等问题，本发明的目的是提供一种图案化薄膜晶体管及其制备方法。本发明采用激光直写方法，直接在液态金属表面生长多种类型的图案化半导体薄膜，进一步通过范德华去角质技术将图案化半导体薄膜转移至多种电子衬底表面，在制备的图案化半导体薄膜的基础上构建薄膜晶体管。
2、具体来说，本发明提供了如下的技术方案：
3、一种图案化薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
4、1)提供处于熔化状态的液态金属；
5、2)在惰性气体和反应气体组成的混合气氛下，在步骤1)所述液态金属表面进行激光辐照处理，使反应气体被激光高温离化并与激光照射区域中的液态金属反应，从而在液态金属表面生成图案化的半导体薄膜；
6、3)将步骤2)所述图案化的半导体薄膜转移至电子衬底表面。
7、本发明通过局部气体被激光高温离化并与液态金属反应，在液态金属表面生长原子层级半导体薄膜，实现了图案化半导体薄膜的快速可控制备。
8、作为优选，步骤1)中，所述液态金属为镓、铟、锡、铋、锌中的一种单质或多种金属形成的合金。本发明可通过改变液态金属成分和气体环境，实现图案化ga2o3、gan、gas和znn等多种类型半导体的可控制备。
9、作为优选，步骤1)中，所述处于熔化状态的液态金属通过将液态金属采用碱溶液洗除液态金属表面氧化膜后，在惰性气氛中加热熔化得到。
10、进一步优选的，所述碱溶液为0.05～2mol/l的氢氧化钠或氢氧化钾溶液；更优选为0.5～1mol/l的氢氧化钠溶液。
11、进一步优选的，所述液态金属为镓铟锡合金，所述加热熔化温度为40～200℃；
12、和/或，所述液态金属为铟锡合金，所述熔化温度为165～250℃；
13、和/或，所述液态金属为镓铟锌合金，所述加热熔化温度为40～400℃；
14、和/或，所述液态金属为镓铟锡锌合金，所述加热熔化温度为40～100℃；
15、更优选的，
16、所述液态金属为镓铟锡合金，所述加热熔化温度为100～150℃；
17、和/或，所述液态金属为铟锡合金，所述熔化温度为180～230℃；
18、和/或，所述液态金属为镓铟锌合金，所述加热熔化温度为200～350℃；
19、和/或，所述液态金属为镓铟锡锌合金，所述加热熔化温度为40～70℃。
20、作为优选，步骤2)中，所述惰性气体为氩气和/或氦气；
21、和/或，所述反应气体包含氧气、氮气、氨气、硫化氢、磷化氢和砷化氢中的至少一种。
22、作为优选，步骤2)中，以体积百分比计，所述混合气氛中，惰性气体的含量为70％～90％。
23、作为优选，步骤2)中，所述混合气氛的气压为0.1～0.3mpa。
24、作为优选，步骤2)中，所述激光辐照处理为使激光束的光路图形直接照射到液态金属表面上，或使激光束的光斑按照设定的移动路径在液态金属表面扫过。
25、进一步优选的，所述激光束的波长为355～1060nm；
26、所述激光束的输出功率为20mw～10w；
27、所述激光束的脉冲宽度为100飞秒(fs)～1毫秒(ms)；
28、更优选的，所述激光束的波长为355～532nm；
29、所述激光束的输出功率为20mw～100mw；
30、所述激光束的脉冲宽度为100飞秒(fs)～500飞秒(fs)。
31、进一步优选的，当所述激光辐照处理为使激光束的光斑按照设定的移动路径在液态金属表面扫过时，所述激光束的扫描速度为1～20mm/s，更优选为1～5mm/s。
32、进一步优选的，所述激光束由co2激光器、半导体式激光器或yag激光器输出，更优选为yag激光器。
33、通过上述优选方案，本发明步骤2)中可制备得到线宽为0.5～100μm、厚度为1～5nm、禁带宽度为1.4～5.2ev的图案化的半导体薄膜，进一步优选制备得到线宽为0.5～20μm，厚度为1～2nm，禁带宽度为2.0～4.2ev的图案化的半导体薄膜。传统图案化半导体薄膜的制备通常需要先在衬底表面沉积一层半导体薄膜，进一步通过刻蚀的方法来实现。受沉积薄膜层厚度及刻蚀精度等方面的影响，传统方法难以制备出二维图案化半导体薄膜。而本发明采用激光直写技术，可快速在液态金属表面生长出厚度低于3nm的二维图案化半导体薄膜。
34、作为优选，步骤3)中，所述电子衬底选自si晶圆片、蓝宝石晶圆片、石英晶圆片、sio2/si晶圆片、聚酰亚胺(pi)膜、聚对苯甲酸乙二醇酯(pet)膜、聚醚醚酮(peak)膜中的至少一种。
35、作为优选，步骤3)中，所述电子衬底为经过空气或氧等离子体电晕处理的电子衬底。本发明通过高压电场激发等离子体对衬底表面进行电晕处理，增加衬底的表面能。
36、进一步优选的，所述等离子体电晕处理的条件为：在纯氧环境中，设置等离子体功率为500～2500w，处理温度为室温，处理时间为10～60s。通过上述氧等离子体电晕处理，可使电子衬底表面形成含氧活性基团，更有利于半导体薄膜在衬底表面的粘附。
37、作为优选，步骤3)中，将所述图案化的半导体薄膜转移至电子衬底表面的具体方法为：将电子衬底按压到液态金属表面，剥离图案化的半导体薄膜，并进一步去除电子衬底表面残余的液态金属。本发明优选通过范德华去角质法将图案化半导体薄膜转移至电子衬底表面，具有简便、快捷、高效和低成本等特点。
38、进一步优选的，所述按压的压力为0.5～10n，按压时间为1～20min，优选压力为3～5n，按压时间为5～10min。
39、进一步优选的，使用蘸有沸腾酒精的棉花去除电子衬底表面残余的液态金属。
40、本发明还提供一种图案化薄膜晶体管，其由上述的制备方法制备得到。优选所述图案化薄膜晶体管为pn结二极管、肖特基二极管、发光二极管或场效应晶体管。
41、本发明的有益效果在于：
42、本发明提供的图案化薄膜晶体管的制备方法，通过激光辐照液态金属表面时，局部产生的高温离化气体，实现氧气、氮气、氨气、硫化氢、磷化氢或砷化氢气体与液态金属的反应，进而在液态金属表面可控生长图案化的半导体薄膜。本发明实现了原子级图案化半导体薄膜的简单、低成本快速制备，解决了传统丝网印刷及化学刻蚀等方法制备图案化半导体薄膜所面临的的工艺复杂、成本高及生产效率低等问题，有利于促进多类型图案化半导体薄膜晶体管在平板显示和柔性传感领域的商业化应用。
43、本发明提供的图案化半导体薄膜的制备方法，具有工艺流程短、易操作、可控性强及能耗低等优点，可快速简便地制备不同图案及多种类型的半导体薄膜。本发明提供的制备方法可通过合理的工艺设计，实现图案化半导体薄膜的规模化和连续化生产，可用于批量化制备图案化薄膜晶体管，保证了成品的均匀性和经济性。
1.一种图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述惰性气体为氩气和/或氦气；
3.根据权利要求1或2所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2)中，以体积百分比计，所述混合气氛中，惰性气体的含量为70％～90％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述混合气氛的气压为0.1～0.3mpa。
5.根据权利要求1-4任一项所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述激光辐照处理为使激光束的光路图形直接照射到液态金属表面上，或使激光束的光斑按照设定的移动路径在液态金属表面扫过。
6.根据权利要求5所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，所述激光束的波长为355～1060nm；
7.根据权利要求5或6所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，当所述激光辐照处理为使激光束的光斑按照设定的移动路径在液态金属表面扫过时，所述激光束的扫描速度为1～20mm/s，优选为1～5mm/s。
8.根据权利要求1-7任一项所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述电子衬底为经过空气或氧等离子体电晕处理的电子衬底；
9.根据权利要求1-8任一项所述的图案化薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤3)中，将所述图案化的半导体薄膜转移至电子衬底表面的具体方法为：将电子衬底按压到液态金属表面，剥离图案化的半导体薄膜，并进一步去除电子衬底表面残余的液态金属；
10.一种图案化薄膜晶体管，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到。
