專(zhuān)利名稱(chēng):一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于有機(jī)電子技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體 管及其制備方法。
背景技術(shù):
隨著信息技術(shù)的不斷深入,電子產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入人們生活工作的每個(gè)環(huán)節(jié); 在日常生活中人們對(duì)低成本、柔性、低重量、便攜的電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越大; 傳統(tǒng)的基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料的器件和電路很難滿足這些要求,因此可以實(shí)現(xiàn)這 些特性的基于有機(jī)聚合物半導(dǎo)體材料的有機(jī)微電子技術(shù)在這一趨勢(shì)下得到了 人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為有機(jī)電路的基礎(chǔ)元器件,其性能對(duì)電路的性能起著 決定性的作用。其中遷移率決定了器件工作的快慢,進(jìn)而影響電路的工作頻率; 電壓,包括工作電壓和閾值電壓,決定了器件以及電路的功耗。由于信息量爆 炸式的增長(zhǎng),人們一直以來(lái)都希望信息處理技術(shù)能夠越來(lái)越快,能夠處理的內(nèi) 容越來(lái)越多。制約信息處理技術(shù)快慢的因素有很多,包括硬件方面,也包括軟 件方面。單元器件的工作頻率是硬件方面根本的問(wèn)題。提高器件的工作頻率主 要有兩條路徑 一條路是減小溝道長(zhǎng)度,另一條路是提高載流子的遷移^。在 當(dāng)前材料方面沒(méi)有重大突破的情況下,載流子的遷移率提高非常有限,因此提 高器件工作頻率的方法主要就是減小溝道的長(zhǎng)度。制約信息處理技術(shù)容量的因-. 素同樣也有很多,在硬件方面主要是電路的集成度,提高電路的集成度需要減 小單元器件的面積
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、易 集成的納米級(jí)溝道有才幾場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明的另 一個(gè)目的在于提供一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備 方法,能夠充分利用現(xiàn)有設(shè)備,降低新器件制備的成本。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括絕緣襯底、源電極、絕緣層、 漏電極、柵電極、柵介質(zhì)層和有機(jī)半導(dǎo)體層,其特殊之處在于所述源電極、 有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極從左至右依次設(shè)置在絕緣村底的上表面上, 且相互接觸,其中有機(jī)半導(dǎo)體層處于中心位置;所述源電極上方從下到上依次 設(shè)有絕緣層和漏電極,且相互接觸,并與有機(jī)半導(dǎo)體層接觸;所述源電極、絕 緣層和漏電極合起來(lái)的厚度與有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極的厚度相同。
上述絕緣襯底^括長(zhǎng)有氧化硅或氮化硅絕緣薄膜的硅片、絕緣玻璃和絕緣 塑料薄膜。
上述源電極、漏電極的材料為高公函數(shù)金屬材料或?qū)щ娪袡C(jī)物。 上述絕緣層的材料為無(wú)機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料,其厚度小于l微米。 上述絕緣層厚度小于l微米。
一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其步驟如下
(1) 在絕緣襯底上制備圖形化的平面柵電極;
(2) 沉積柵介質(zhì)層,并去除側(cè)墻以外的介質(zhì)材料。
(3) 制備平面源電極;
(4) 在源電極層上沉積絕緣層,使其圖形化以去除多余的絕緣材料;
(5) 在步驟(4)所述的絕緣層上制備平面漏電極;
(6) 沉積有機(jī)半導(dǎo)體層,使其圖形化以去除多余的有機(jī)半導(dǎo)體材料,完成器件的制作。
上述步驟(1 )中柵電極的材料是金屬導(dǎo)體或有機(jī)導(dǎo)體。
上述柵電極的材料為金屬電極時(shí),其制備方法為真空熱物理沉積,電子束 沉積或者'減射金屬電極,圖形化方法為光刻加金屬剝離。
上述柵電極的材料為有機(jī)電極時(shí),其制備方法為噴墨打印。
上述步驟(2)中柵介質(zhì)層的材料是無(wú)機(jī)金屬氧化物或有機(jī)介質(zhì)。
上述柵介質(zhì)層的材料為無(wú)機(jī)金屬氧化物時(shí),其制備方法為通過(guò)低壓化學(xué)氣 相沉積法,賊射或者原子層沉積法來(lái)沉積,使其具有很好的臺(tái)階覆蓋性,從而
能夠覆蓋在柵電極側(cè)壁上;然后通過(guò)各向異性的干法刻蝕把側(cè)壁以外的介質(zhì)材 扯土+
上述柵介質(zhì)層的材料為有機(jī)介質(zhì)時(shí),其制備方法為首先通過(guò)光刻技術(shù)定義 其圖形,其次通過(guò)旋涂技術(shù)來(lái)沉積介質(zhì)薄膜,經(jīng)過(guò)退火處理后再通過(guò)剝離技術(shù) 把側(cè)壁以外的介質(zhì)材料去除。
保護(hù)起來(lái),然后通過(guò)真空熱物理沉積,電子束沉積或者濺射技術(shù)來(lái)沉積金屬電 極薄膜,或者噴墨打印或旋涂技術(shù)來(lái)沉積有機(jī)物電極薄膜,然后去通過(guò)剝離的 方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的電極材料,完成源電極的制備。
上述步驟(4)中絕緣層的制備首先通過(guò)光刻技術(shù)把柵電極和介質(zhì)用光刻膠 保護(hù)起來(lái),然后通過(guò)常壓化學(xué)氣相沉或電子束蒸發(fā)方法沉積薄膜,接著通過(guò)剝 離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的絕緣材料,完成絕緣層的制備。
保護(hù)起來(lái),然后通過(guò)真空熱物理沉積,電子束沉積或者'減射技術(shù)來(lái)沉積金屬電 極薄膜,或者噴墨打印或旋涂技術(shù)來(lái)沉積有機(jī)物電極薄膜,然后去通過(guò)剝離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的電極材料,完成漏電極的制備,形成三明 治結(jié)構(gòu),此三明治結(jié)構(gòu)為源電極、絕緣層和漏電極疊加起來(lái)的結(jié)構(gòu)。
上述步驟(6 )中有機(jī)半導(dǎo)體層通過(guò)慢速的真空熱沉積方法或著旋涂方法來(lái) 制備薄膜,使其能夠很好地填充在柵介質(zhì)層和三明治結(jié)構(gòu)之間;然后通過(guò)各向 異性的干法刻蝕把側(cè)壁以外的有機(jī)半導(dǎo)體材料去除,形成圖形化的有源層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果
1、 本發(fā)明通過(guò)采用源電極、漏電極堆疊在一起形成三明治結(jié)構(gòu),從而把 溝道由傳統(tǒng)的平面型改進(jìn)為垂直型,只要通過(guò)控制源漏電極之間的絕緣層薄膜 的厚度就能夠控制晶體管的溝道長(zhǎng)度,避免了使用效率較低的電子束光刻技 術(shù),大幅度地降低制備納米級(jí)溝道有機(jī)晶體管的難度,從而減少了制備的成本。
2、 本發(fā)明中電極全部采用了平面型,易于集成。
3、 本發(fā)明采用低溫工藝,能夠和現(xiàn)有的硅微加工技術(shù)兼容,能夠充分利 用現(xiàn)有設(shè)備,降低新器件制備的成本。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明制備方法的流程圖3-1為本發(fā)明在絕緣襯底上制備平面柵電極的示意圖3-2為本發(fā)明在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層的示意圖3-3為本發(fā)明在絕緣襯底上制備平面源電極的示意圖3-4為本發(fā)明在源電極上制備絕緣層的示意圖3-5為本發(fā)明在絕緣層上制備平面漏電極的示意圖3-6為本發(fā)明沉積有機(jī)半導(dǎo)體層的示意圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施例制備方法的工藝流程圖;圖5-1 ~圖5-11為本發(fā)明一具體實(shí)施例制備過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記
101-絕緣襯底,102-柵電極,103-柵介質(zhì)層,104-源電極,105-絕緣層, 106-漏電才及,107-有才幾半導(dǎo)體層;
501-Si02絕緣襯底,502-Au柵電極,503-柵介質(zhì)層,504-源電極膠圖形, 505-Au平面源電極,506-絕緣層膠圖形,507-Si02絕緣層, 508-漏電極膠圖形,509-Au平面漏電極,510-有機(jī)半導(dǎo)體薄膜。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1, 一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括絕緣村底101、源 電極i04、絕緣層i05、漏電極106、沖冊(cè)電極102、 4冊(cè)介質(zhì)層103、有機(jī)半導(dǎo)體 層107。所述源電極104、有機(jī)半導(dǎo)體層107、柵介質(zhì)層103和柵電極102從左 至右依次設(shè)置在絕緣襯底101的上表面上,且相互接觸,其中有機(jī)半導(dǎo)體層107 處于中心位置;所述源電極104上方從下到上依次設(shè)有絕緣層105和漏電極 106,且相互接觸,并與有機(jī)半導(dǎo)體層107接觸;所述源電才及104、絕緣層105 和漏電極106合起來(lái)的厚度與有機(jī)半導(dǎo)體層107、柵介質(zhì)層103和柵電極102 的厚度相同。
參見(jiàn)圖2和圖3-l ~圖3-6, 一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法, 其步驟如下
(1) 在絕緣襯底上制備圖形化的平面柵電極;
(2) 沉積柵介質(zhì)層,并去除側(cè)墻以外的介質(zhì)材料。
(3) 制備平面源電極;
(4) 在源電極層上沉積絕緣層,使其圖形化以去除多余的絕緣材料;
(5) 在步驟(4)所述的絕緣層上制備平面漏電極;(6)沉積有機(jī)半導(dǎo)體層,使其圖形化以去除多余的有機(jī)半導(dǎo)體材料,完 成器件的制作。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例, 并參照附圖,對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明由熱氧化硅絕緣襯底,平面Au金屬柵電極,Si02介質(zhì)層,平面Au 源電極,平面Si02絕緣層,平面Au漏電極,并五苯有機(jī)半導(dǎo)體層構(gòu)成。
參見(jiàn)圖4,圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例的工藝流程圖;參見(jiàn)圖5-1 ~圖5-11, 圖5-1 ~圖5-11是結(jié)合圖4的工藝步驟做出的制作流程圖,其所表述的步驟如
下
圖5-1為在熱氧化生長(zhǎng)的Si02絕緣襯底501上通過(guò)光刻加金屬剝離技術(shù)制 備平面Au柵電極502的示意圖5-2為在柵電極層上通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積制備柵介質(zhì)層503的示意
圖5-3為通過(guò)刻蝕技術(shù)圖形化柵介質(zhì)層503的示意圖5-4為在絕緣襯底上通過(guò)光刻技術(shù)制備平面源電極的膠圖形504的示意
圖5-5為電子束蒸發(fā)沉積Au薄膜,然后通過(guò)剝離技術(shù)在絕緣襯底501上
制備Au平面源電極505的示意圖。
圖5-6為在樣品上通過(guò)光刻技術(shù)制備絕緣層膠圖形506的示意圖5-7為通過(guò)電子束蒸發(fā)技術(shù)制備Si02絕緣層507,其厚度小于1微米,
并通過(guò)剝離技術(shù)去除源電極區(qū)以外的絕緣層的示意圖5-8為在平面絕緣層上制備平面漏電極的膠圖形508的示意圖5-9為通過(guò)為電子束蒸發(fā)沉積Au薄膜,然后通過(guò)剝離技術(shù)在絕緣襯層5'J7上制備Au平面漏電極509的示意圖5-10為在樣品表面通過(guò)真空熱沉積:汰術(shù)制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜510的示 意圖5-11為通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)圖形化有機(jī)半導(dǎo)體薄膜,去除溝道區(qū)以 外的有機(jī)半導(dǎo)體的示意圖。
以上所述的具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明,所應(yīng)理解的是,以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不 用于限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、 改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括絕緣襯底、源電極、絕緣層、漏電極、柵電極、柵介質(zhì)層和有機(jī)半導(dǎo)體層,其特征在于所述源電極、有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極從左至右依次設(shè)置在絕緣襯底的上表面上,且相互接觸,其中有機(jī)半導(dǎo)體層處于中心位置;所述源電極上方從下到上依次設(shè)有絕緣層和漏電極,且相互接觸,并與有機(jī)半導(dǎo)體層接觸;所述源電極、絕緣層和漏電極合起來(lái)的厚度與有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極的厚度相同。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,其特征在于所述絕緣襯底包括長(zhǎng)有氧化硅或氮化硅絕緣薄膜的硅片、絕緣玻璃和絕緣塑料 茲瞎
3、 如權(quán)利要求l所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,其特征在于-. 所述源電極、漏電極的材料為高公函數(shù)金屬材料或?qū)щ娪袡C(jī)物。
4、 如權(quán)利要求l所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,其特征在于 所述絕緣層的材料為無(wú)機(jī)絕緣材料或有機(jī)絕緣材料,其厚度小于l微米。
5、 一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其特征在于該方法的 制備步驟如下(1) 在絕緣襯底上制備圖形化的平面柵電極;(2) 沉積柵介質(zhì)層,并去除側(cè)墻以外的介質(zhì)材料。(3) 制備平面源電極;(4) 在源電極層上沉積絕緣層,使其圖形化以去除多余的絕緣材料;(5) 在步驟(4)所述的絕緣層上制備平面漏電極;(6) 沉積有機(jī)半導(dǎo)體層,使其圖形化以去除多余的有機(jī)半導(dǎo)體材料,完成 器件的制作。
6、 如權(quán)利要求5所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述步驟(1)中柵電極的材料是金屬導(dǎo)體或有機(jī)導(dǎo)體。
7、 如權(quán)利要求6所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述柵電極的材料為金屬電極時(shí),其制備方法為真空熱物理沉積, 電子束沉積或者濺射金屬電極,圖形化方法為光刻加金屬剝離。
8、 如權(quán)利要求6所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述柵電極的材料為有機(jī)電極時(shí),其制備方法為噴墨打印。
9、 如權(quán)利要求5所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述步驟(2)中柵介質(zhì)層的材料是無(wú)機(jī)金屬氧化物或有機(jī)介質(zhì)。
10、 如權(quán)利要求9所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述柵介質(zhì)層的材料為無(wú)機(jī)金屬氧化物時(shí),其制備方法為通過(guò)低壓 化學(xué)氣相沉積法,濺射或者原子層沉積法來(lái)沉積,使其具有很好的臺(tái)階覆蓋性, 從而能夠覆蓋在柵電極側(cè)壁上;然后通過(guò)各向異性的干法刻蝕把側(cè)壁以外的介 質(zhì)材料去除。
11、 如權(quán)利要求9所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述柵介質(zhì)層的材料為有機(jī)介質(zhì)時(shí),其制備方法為首先通過(guò)光刻技 術(shù)定義其圖形,其次通過(guò)旋涂技術(shù)來(lái)沉積介質(zhì)薄膜,經(jīng)過(guò)退火處理后再通過(guò)剝 離技術(shù)把側(cè)壁以外的介質(zhì)材料去除。
12、 如權(quán)利要求5所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述步驟(3)中源電極的制備首先通過(guò)光刻技術(shù)把柵電極和介質(zhì)用 光刻膠保護(hù)起來(lái),然后通過(guò)真空熱物理沉積,電子束沉積或者'踐射技術(shù)來(lái)沉積 金屬電極薄膜,或者噴墨打印或旋涂技術(shù)來(lái)沉積有機(jī)物電極薄膜,然后去通過(guò) 剝離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的電極材料,完成源電極的制備。
13、 如權(quán)利要求5所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述步驟(4)中絕緣層的制備首先通過(guò)光刻技術(shù)把柵電極和介質(zhì)用 光刻膠保護(hù)起來(lái),然后通過(guò)常壓化學(xué)氣相沉或電子束蒸發(fā)方法沉積薄膜,接著 通過(guò)剝離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的絕緣材料,完成絕緣層的制備。
14、 如權(quán)利要求5所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法,其 特征在于所述步驟(5)中漏電極的制備首先通過(guò)光刻技術(shù)把柵電極和介質(zhì)用 光刻膠保護(hù)起來(lái),然后通過(guò)真空熱物理沉積,電子束沉積或者濺射技術(shù)來(lái)沉積 金屬電極薄膜,或者噴墨打印或旋涂技術(shù)來(lái)沉積有機(jī)物電極薄膜,然后通過(guò)剝 離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的電極材料,完成漏電極的制備,形成 三明治結(jié)構(gòu),此三明治結(jié)構(gòu)為源電極、絕緣層和漏電極疊加起來(lái)的結(jié)構(gòu)。
15、 如權(quán)利要求5所述的一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法, 其特征在于所述步驟(6)中有機(jī)半導(dǎo)體層通過(guò)慢速的真空熱沉積方法或著 旋涂方法來(lái)制備薄膜,使其能夠很好地填充在柵介質(zhì)層和三明治結(jié)構(gòu)之間;然 后通過(guò)各向異性的干法刻蝕把側(cè)壁以外的有機(jī)半導(dǎo)體材料去除,形成圖形化的 有源層。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)電子技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高的缺陷,本發(fā)明提供一種納米級(jí)溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括絕緣襯底上的源電極、絕緣層、漏電極、有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極,所述源電極、有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極從左至右依次設(shè)置在絕緣襯底的上表面上;所述源電極上方從下到上依次設(shè)有絕緣層和漏電極,分別與有機(jī)半導(dǎo)體層接觸;所述源電極、絕緣層和漏電極合起來(lái)的厚度與有機(jī)半導(dǎo)體層、柵介質(zhì)層和柵電極的厚度相同。本發(fā)明通過(guò)控制絕緣層的厚度來(lái)控制器件的溝道長(zhǎng)度,避免了昂貴的電子束光刻,大幅度地降低制備納米級(jí)溝道有機(jī)晶體管的難度,從而減少了制備的成本。
文檔編號(hào)H01L51/05GK101425562SQ20081022745
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者明 劉, 舸 劉, 劉興華, 商立偉, 涂德鈺 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所