專利名稱：有機(jī)薄膜晶體管及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)薄膜晶體管(以下簡稱OTFT)。本發(fā)明還涉及這種結(jié)構(gòu)有機(jī)薄膜晶體管的制備方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高性能OTFT的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，有機(jī)薄膜晶體管包括襯底1、在襯底1上形成的柵極2，在柵極上面形成柵絕緣層，在絕緣層上形成源電極5和漏電極6，在源電極5及漏電極6上形成半導(dǎo)體有源層7，所述的絕緣層為不同介電常數(shù)的第一絕緣層3和第二絕緣層4。
按照本發(fā)明的另一方面，有機(jī)薄膜晶體管的制備方法包括第一步，在襯底上濺射或蒸發(fā)一層金屬(Ta、Ti、W、MO等)并光刻成柵電極。見附圖
6.(a)第二步，濺射或蒸發(fā)一層?xùn)沤^緣膜(Ta2O5、Al2O3、TiO2、BZT等)和旋涂一層高分子聚合物(聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯等)或?yàn)R射或蒸發(fā)一層低介電無機(jī)膜(SiO2、SiNx等)作為雙柵絕緣膜。見附圖6.(b)第三步，真空熱蒸發(fā)一層金屬(Au、Ag、Mo、Al等)并光刻成源、漏電極。見附圖6.(c)第四步，以源、漏電極為掩模用反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)方式干法刻蝕掉溝道區(qū)的第二絕緣膜。見附圖6.(d)第五步，真空熱蒸發(fā)有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有源層并光刻和刻蝕(RIE方式)成型。
本發(fā)明在不增加光刻等常規(guī)復(fù)雜工藝僅增加旋涂或蒸鍍第二層絕緣膜和自對(duì)準(zhǔn)干法刻蝕兩步簡單工序的情況下，就可以改善載流子的注入特性從而提高OTFT器件的性能，而且還可以阻斷柵絕緣膜的漏電流、降低器件的寄生電容。這樣，既可以采用高介電材料作為柵絕緣層，增大溝道電容，降低器件的開啟電壓，同時(shí)，降低柵源和柵漏漏電流對(duì)器件的不利影響。
實(shí)施例1如圖6所示，在7059玻璃襯底1上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜(濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度100度)并光刻成柵極形狀2。在柵極上面用直流磁控濺射方法連續(xù)濺射一層400納米的Ta2O5和一層300納米的SiO2(反應(yīng)濺射本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100度)分別作為柵絕緣層3和第二絕緣層4。接著涂光刻膠、曝光、顯影，然后以光刻膠為漏板在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)，把樣品放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極5和漏電極6。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。然后以源漏電極為掩模干法刻蝕(干法刻蝕條件六氟化硫氣體流量50SCCM，射頻功率100W)以去除未被源漏電極覆蓋的SiO2層。最后在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到襯底上形成半導(dǎo)體有源層(厚度300納米)并經(jīng)光刻和干法刻蝕成島狀7(干法刻蝕條件氧氣流量100SCCM，射頻功率100W)。該晶體管在柵極偏壓為-50V時(shí)，開態(tài)電流為6微安。開關(guān)電流比大于104。見附圖7。
實(shí)施例2如圖6所示，在柔性塑料襯底1上用射頻磁控濺射方法鍍上一層MoW合金膜(濺射方式為Mo靶和W靶共濺射，濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度100度)并光刻成柵極形狀2。在柵極上面用直流磁控濺射方法濺射一層500納米的Ta2O5(反應(yīng)濺射本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100度)作為柵絕緣層3，隨后旋涂一層300納米的聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)作為第二絕緣層4。接下來涂光刻膠、曝光、顯影，然后以光刻膠為漏板在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的銀(Ag)，把樣品放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的銀形成源電極5和漏電極6。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。然后以源漏電極為掩模干法刻蝕(干法刻蝕條件氧氣流量50SCCM，射頻功率100W)以去除未被源漏電極覆蓋的PMMA層。最后在10-5Pa的高真空下加熱盛有NiPc粉末的石英舟，使之升華到襯底上形成半導(dǎo)體有源層(厚度400納米)并經(jīng)光刻和干法刻蝕成島狀7(干法刻蝕條件氧氣流量100SCCM，射頻功率100W)。該晶體管在柵極偏壓為-50V時(shí)，開態(tài)電流為2微安。開關(guān)電流比大于104。
實(shí)施例3如圖6所示，在柔性塑料襯底1上用射頻磁控濺射方法鍍上一層鉻金屬膜(濺射方式為鉻靶濺射，濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度100度)并光刻成柵極形狀2。在柵極上面用直流磁控濺射方法濺射一層500納米的TiO2(反應(yīng)濺射本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度150度)作為柵絕緣層3，隨后旋涂一層300納米的聚酰亞胺作為第二絕緣層4。接下來在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的鋁(AL)，再涂光刻膠、曝光、顯影，然后再光刻成源電極5和漏電極6。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。然后以源漏電極為掩模干法刻蝕(干法刻蝕條件氧氣流量50SCCM，射頻功率100W)以去除未被源漏電極覆蓋的聚酰亞胺層。最后在10-5Pa的高真空下加熱盛有氟代酞箐銅粉末的石英舟，使之升華到襯底上形成半導(dǎo)體有源層(厚度400納米)并經(jīng)光刻和干法刻蝕成島狀7(干法刻蝕條件氧氣流量100SCCM，射頻功率100W)。該晶體管在柵極偏壓為50V時(shí)，開態(tài)電流為8微安。開關(guān)電流比大于105。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。一般來說，本專利所公開的有機(jī)晶體管可以加工形成二維和三維的集成器件中的元件。這些集成器件可能應(yīng)用在柔性集成電路、有源矩陣顯示和傳感器等方面。使用基于本發(fā)明的薄膜晶體管元件可以低溫加工。加工本發(fā)明的薄膜晶體管不限于傳統(tǒng)的光刻工藝，也可以采用打印、印刷等加工方法。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)薄膜晶體管，包括襯底(1)、在襯底(1)上形成的柵極(2)，在柵極上面形成柵絕緣層，在絕緣層上形成源電極(5)和漏電極(6)，在源電極(5)及漏電極(6)上形成半導(dǎo)體有源層(7)，其特征在于所述的絕緣層為不同介電常數(shù)的第一絕緣層(3)和第二絕緣層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述第一絕緣層(3)的介電常數(shù)高于第二絕緣層(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述第一絕緣層(3)的介電常數(shù)比第二絕緣層(4)的介電常數(shù)高3倍以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述第一絕緣層(3)的材料為有機(jī)材料、無機(jī)材料或鐵電材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的有機(jī)材料是聚偏氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的無機(jī)材料是金屬氧化物Ta2O5、AL2O3、TiO2。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的鐵電材料是鈦酸鋇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述第二絕緣層(4)的材料為有機(jī)高分子材料或無機(jī)材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的有機(jī)高分子材料是PMMA或聚酰氬胺或環(huán)氧樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的無機(jī)材料是SiO2或SiNx。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的有機(jī)半導(dǎo)體層(7)是N型半導(dǎo)體材料或P型半導(dǎo)體材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的N型半導(dǎo)體材料是氟代酞箐銅、氟代酞箐鉻、氟代酞箐鋅、自由氟代酞箐中的一種，也可以是兩種以上混合或共晶。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述的P型半導(dǎo)體材料是酞箐銅、酞箐鎳、酞箐鋅和自由酞箐中的一種，也可以是兩種以上混合或共晶。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述有機(jī)半導(dǎo)體材料(7)是高分子聚合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述高分子聚合物是聚噻吩。
16.一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，主要包括以下步驟(1)在襯底上濺射或蒸發(fā)一層金屬(Ta、Ti、W、MO等)并光刻成柵電極。(2)濺射或蒸發(fā)一層?xùn)沤^緣膜(Ta2O5、Al2O3、TiO2、BZT等)和旋涂一層高分子聚合物(聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯等)或?yàn)R射或蒸發(fā)一層低介電無機(jī)膜(SiO2、SiNx等)作為雙柵絕緣膜。(3)真空熱蒸發(fā)一層金屬(Au、Ag、Mo、Al等)并光刻成源、漏電極。(4)以源、漏電極為掩模用反應(yīng)性離子刻蝕(RIE)方式干法刻蝕掉溝道區(qū)的第二絕緣膜。(5)真空熱蒸發(fā)或旋涂有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有源層并光刻和刻蝕(RIE方式)成型。
全文摘要
一種有機(jī)薄膜晶體管，包括襯底(1)、在襯底(1)上形成的柵極(2)，在柵極上面形成柵絕緣層，在絕緣層上形成源電極(5)和漏電極(6)，在源電極(5)及漏電極(6)上形成半導(dǎo)體有源層(7)，絕緣層為不同介電常數(shù)的第一絕緣層(3)和第二絕緣層(4)。本發(fā)明在不增加光刻等常規(guī)復(fù)雜工藝僅增加旋涂或蒸鍍第二層絕緣膜和自對(duì)準(zhǔn)干法刻蝕兩步簡單工序的情況下，就可以改善載流子的注入特性從而提高OTFT器件的性能，而且還可以阻斷柵絕緣膜的漏電流、降低器件的寄生電容。這樣，既可以采用高介電材料作為柵絕緣層，增大溝道電容，降低器件的開啟電壓，同時(shí)，降低柵源和柵漏漏電流對(duì)器件的不利影響。
文檔編號(hào)H01L29/76GK1409417SQ0213096
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者閻東航, 袁劍峰 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所