專利名稱：一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)電 子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)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低成本、柔性、低重量、便攜的電子產(chǎn)品的需求越來越大，傳統(tǒng)的基于無機(jī)半導(dǎo)體材料的器件和電路在技術(shù)和成本方面難于滿足這些要求，因此可以實(shí)現(xiàn)這些特性的基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的微電子技術(shù)在這一趨勢下得到了人們越來越多的關(guān)注。有機(jī)場效應(yīng)晶體管作為有機(jī)電路的基礎(chǔ)元器件，其性能對電路的性能起著決定性的作用。除了所用材料對器件性能的影響外，有機(jī)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)對其性能也有較大的影響。有機(jī)場效應(yīng)晶體管通常由襯底、柵電極、柵介質(zhì)、有機(jī)半導(dǎo)體和源漏電極等五個(gè)部分組成。根據(jù)這幾個(gè)部分的位置分布，有機(jī)場效應(yīng)晶體管可以分為頂柵頂接觸、頂柵底接觸、底柵頂接觸和底柵底接觸等四種結(jié)構(gòu)。其中“接觸”指的是源、漏電極和有源層之間的接觸。大量實(shí)驗(yàn)證明，源、漏電極處于有源層上表面形成“頂接觸”所產(chǎn)生的接觸電阻相對比較小。采用頂接觸能夠大幅度地提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管的注入電流。通常所用來制備頂接觸器件的技術(shù)為鏤空掩模蒸發(fā)技術(shù)，采用鏤空掩模定義電極的形狀和尺寸。該技術(shù)由于鏤空掩模本身的制備難度和制備電極過程中鏤空掩模和襯底之間有相對較大的間隙，從而使得所制備出來的電極尺寸較大，并且圖形形狀比較受限，不能夠用來制備規(guī)模較大的電路。因此迫切需要一種高分辨率的能夠制備各種復(fù)雜圖形的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的—種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，包括絕緣襯底；位于該絕緣襯底之上的有源層；位于該有源層之上的柵介質(zhì)層、源電極和漏電極；以及位于該柵介質(zhì)層之上的柵電極。上述方案中，所述源電極和漏電極分別與所述有源層形成頂接觸式結(jié)構(gòu)，所述柵電極與所述有源層形成頂柵結(jié)構(gòu)。
上述方案中，所述源電極、漏電極以及柵介質(zhì)層位于同一平面上的不同區(qū)域，源電極和漏電極均被柵介質(zhì)層包圍，使得器件彼此之間互相隔離。上述方案中，所述源、漏電極與柵電極之間沒有重合的區(qū)域。上述方案中，所述絕緣襯底為長有絕緣薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜。上述方案中，所述有源層采用并五苯、酞菁銅CuPc、P3HT、噻吩和有機(jī)半導(dǎo)體材料紅熒稀制作而成。 上述方案中，所述柵介質(zhì)層為光敏的聚乙烯醇薄膜。上述方案中，所述源、漏電極采用金屬材料金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵或鉻，以及導(dǎo)電有機(jī)物PED0T:PSS制作而成。上述方案中，所述柵電極采用金屬導(dǎo)電材料金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵或鉻，以及導(dǎo)電有機(jī)物PED0T:PSS制作而成。—種有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括在絕緣襯底上制備有源層；在有源層上制備圖形化的柵介質(zhì)層；在柵介質(zhì)層上同時(shí)制備源、漏電極和柵電極，完成器件的制備。上述方案中，所述有源層薄膜通過真空熱沉積、旋涂技術(shù)來形成。上述方案中，所述柵介質(zhì)層通過旋涂技術(shù)制備，薄膜的圖形化通過光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。上述方案中，所述源、漏電極和柵電極是通過采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在柵介質(zhì)層上沉積金屬薄膜，在柵介質(zhì)層圖形的作用下一次性成形。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、利用本發(fā)明，通過使用水溶性的光敏柵介質(zhì)，可以直接在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面制備電極圖形，從而形成頂柵頂接觸結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管。2、利用本發(fā)明，通過使用頂接觸式源漏電極，大幅降低了器件的接觸電阻，提高器件的注入電流。3、利用本發(fā)明，通過使用自對準(zhǔn)的技術(shù)，使得源、漏電極和柵電極同時(shí)成形，有效簡化了器件的制備工藝。4、利用本發(fā)明，通過使用經(jīng)光照就能夠使其交聯(lián)的聚乙烯醇薄膜作為柵介質(zhì)，大幅度降低了器件的加工溫度，從而實(shí)現(xiàn)全套的低溫工藝。


為了更進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例子，對本發(fā)明做詳細(xì)描述，圖I (a)是本發(fā)明提供的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的剖視圖圖I (b)是本發(fā)明提供的有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的俯視圖，虛線框內(nèi)為一個(gè)器件；圖2-1至圖2-4是依照本發(fā)明第一實(shí)施例制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3-1至圖3-4是依照本發(fā)明第二實(shí)施例制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖；其中，絕緣襯底101，有源層102，柵介質(zhì)103，源、漏電極104，柵電極105。
具體實(shí)施例方式為使本發(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，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明通過使用水溶性的光敏柵介質(zhì)，可以直接在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面通過光刻技術(shù)制備出高分辨率的復(fù)雜圖形，進(jìn)一步通過金屬薄膜復(fù)制光敏柵介質(zhì)的圖形形成精細(xì)的電極圖形。同時(shí)通過使用自對準(zhǔn)的技術(shù)，使得源、漏電極和柵電極同時(shí)成形，有效簡化了器件的制備工藝。通過使用經(jīng)光照就能夠使其交聯(lián)的聚乙烯醇薄膜作為柵介質(zhì)，大幅度降低了器件的加工溫度，從而實(shí)現(xiàn)全套的低溫工藝。本發(fā)明為采用頂柵頂接觸結(jié)構(gòu)的有機(jī)場效應(yīng)晶體管制備有機(jī)電路提供一種可行的技術(shù)方案?；谏鲜鰧?shí)現(xiàn)原理，本發(fā)明提供的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)如圖1(a)和圖1(b)所示，包括絕緣襯底101,位于該絕緣襯底之上的有源層102,位于該有源層之上的柵介質(zhì)層103、源電極和漏電極104，以及位于該柵介質(zhì)層之上的柵電極105。其中，源電極和漏電極 分別與有源層形成頂接觸式結(jié)構(gòu)，柵電極與有源層形成頂柵結(jié)構(gòu)。源電極、漏電極以及柵介質(zhì)層位于同一平面上的不同區(qū)域，源電極和漏電極均被柵介質(zhì)層包圍，使得器件彼此之間互相隔離。源、漏電極與柵電極之間沒有重合的區(qū)域，能夠大幅度降低寄生電容。源、漏電極采用金屬材料金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵或鉻，以及導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT:PSS制作而成，柵電極采用金屬導(dǎo)電材料金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵或鉻，以及導(dǎo)電有機(jī)物PED0T:PSS制作而成。絕緣襯底101為電極和有機(jī)薄膜層的支撐部分，襯底應(yīng)具有較低的表面粗糙度和一定的防水汽和氧氣滲透的能力，一般采用長有絕緣薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜等。有源層102為厚度小于IOOnm的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，所用的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括，但不限于，并五苯、酞菁銅(CuPc)、P3HT、噻吩和紅熒稀有機(jī)半導(dǎo)體材料。其中材料可以是單晶、多晶、無定形狀態(tài)。柵介質(zhì)103為光敏的聚乙烯醇(PVA)薄膜，通過光刻技術(shù)對其進(jìn)行圖形化，源、漏電極位置區(qū)域的PVA薄膜在顯影過程中溶解到水溶液中，而柵電極位置區(qū)域的PVA薄膜保留，作為柵介質(zhì)層。源、漏電極104和柵電極105是具有一定厚度的金屬或者氧化物、有機(jī)物導(dǎo)電薄膜，包括但不限于，金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵、鉻金屬材料和導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT: PSS。兩種電極薄膜為同一次沉積過程制備的薄膜，通過復(fù)制PVA薄膜的圖形區(qū)分為源、漏電極和柵電極區(qū)域。以下通過實(shí)施例具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明不被這些實(shí)施例限定。實(shí)施例I該實(shí)施例的剖面圖如圖2-1至圖2-4所示，其中包括絕緣襯底201，有源層202，柵介質(zhì)203，源、漏電極204，柵電極205。絕緣襯底為表面長有300nm氧化硅的硅片，有源層為50nm的并五苯薄膜，柵介質(zhì)為經(jīng)過交聯(lián)的200nm光敏聚乙烯醇薄膜，源、漏電極和柵電極為50nm的金薄膜。該實(shí)施例的制備方法如下如圖2-1所示，準(zhǔn)備襯底201。用濃硫酸雙氧水混合溶液對硅襯底進(jìn)行清洗，然后用大量去離子水清洗，再用氮?dú)獯蹈珊秃嫦浜娓桑辉跓嵫趸癄t中通過熱氧化生長的工藝在硅片表面形成一層300nm厚的氧化硅薄膜；采用氣相方法用十八烷基三氯硅烷(OTS)對氧化硅表面進(jìn)行修飾，提高表面的接觸角，改善后續(xù)有機(jī)薄膜的成膜性能，從而獲得較高的器件遷移率；如圖2-2所示,在修飾好的絕緣襯底201表面通過真空熱蒸發(fā)工藝沉積50nm厚的并五苯薄膜作為有源層202，如圖2-3所示,在有源層202表面通過旋涂技術(shù)形成200nm的聚乙烯醇薄膜。通過光刻技術(shù)對制備好的聚乙烯薄膜進(jìn)行圖形化和交聯(lián)，使得源、漏電極位置區(qū)域的PVA薄膜在顯影過程中溶解到水溶液中，從而露出并五苯薄膜；而柵電極位置區(qū)域的PVA薄膜保留，作為柵介質(zhì)層203。如圖2-4所示，通過電子束蒸發(fā)工藝沉積50nm的金薄膜，通過聚乙烯醇薄膜的圖 形把金薄膜劃分為源、漏電極區(qū)域204和柵電極區(qū)域205，從而完成器件的制作。實(shí)施例2該實(shí)施例的剖面圖如圖3-1至圖3-4所示，其中包括絕緣襯底301，有源層302，柵介質(zhì)303，源、漏電極304，柵電極305。絕緣襯底為石英玻璃片，有源層為50nm的酞菁銅薄膜，柵介質(zhì)為經(jīng)過交聯(lián)的200nm光敏聚乙烯醇薄膜，源、漏電極和柵電極為50nm的金薄膜。該實(shí)施例的制備方法如下如圖3-1所示，準(zhǔn)備襯底301。用濃硫酸雙氧水混合溶液對硅襯底進(jìn)行清洗，然后用大量去離子水清洗，再用氮?dú)獯蹈珊秃嫦浜娓?；通過光刻刻蝕的技術(shù)在石英襯底上制備出250nm深的方形區(qū)域，用來對有源層進(jìn)行圖形化；如圖3-2所示，在修飾好的絕緣襯底表面通過真空熱蒸發(fā)工藝沉積50nm厚的酞菁銅薄膜作為有源層302 ；如圖3-3所示，在有源層表302面通過旋涂技術(shù)形成200nm的聚乙烯醇薄膜。通過光刻技術(shù)對制備好的聚乙烯薄膜進(jìn)行圖形化和交聯(lián)，使得源、漏電極位置區(qū)域的聚乙烯薄膜在顯影過程中溶解到水溶液中，從而露出并五苯薄膜；而柵電極位置區(qū)域的聚乙烯薄膜保留，作為柵介質(zhì)層303。如圖3-4所示，通過電子束蒸發(fā)工藝沉積50nm的金薄膜，通過聚乙烯醇薄膜的圖形把金薄膜劃分為源、漏電極區(qū)域304和柵電極區(qū)域305，從而完成器件的制作。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(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
1.一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 絕緣襯底； 位于該絕緣襯底之上的有源層； 位于該有源層之上的柵介質(zhì)層、源電極和漏電極；以及 位于該柵介質(zhì)層之上的柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述源電極和漏電極分別與所述有源層形成頂接觸式結(jié)構(gòu)，所述柵電極與所述有源層形成頂柵結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述源電極、漏電極以及柵介質(zhì)層位于同一平面上的不同區(qū)域，源電極和漏電極均被柵介質(zhì)層包圍，使得器件彼此之間互相隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述源、漏電極與柵電極之間沒有重合的區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述絕緣襯底為長有絕緣薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述有源層采用并五苯、酞菁銅CuPc、P3HT、噻吩和有機(jī)半導(dǎo)體材料紅熒稀制作而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵介質(zhì)層為光敏的聚乙烯醇薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述源、漏電極采用金屬材料金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵或鉻，以及導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT:PSS制作而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柵電極采用金屬導(dǎo)電材料金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵或鉻，以及導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT: PSS制作而成。
10.一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括 在絕緣襯底上制備有源層； 在有源層上制備圖形化的柵介質(zhì)層； 在柵介質(zhì)層上同時(shí)制備源、漏電極和柵電極，完成器件的制備。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述有源層薄膜通過真空熱沉積、旋涂技術(shù)來形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層通過旋涂技術(shù)制備，薄膜的圖形化通過光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
13.如權(quán)利要求10所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述源、漏電極和柵電極是通過采用電子束蒸發(fā)技術(shù)在柵介質(zhì)層上沉積金屬薄膜，在柵介質(zhì)層圖形的作用下一次性成形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)及其制備方法。該晶體管結(jié)構(gòu)包括絕緣襯底、有源層、柵介質(zhì)、源漏電極和柵電極。其中有源層位于絕緣襯底上表面，柵介質(zhì)層和源、漏電極位于有源層上表面，柵電極位于柵介質(zhì)層上表面。柵介質(zhì)采用光敏聚乙烯醇，這種材料能夠在光照作用下進(jìn)行交聯(lián)，直接形成高質(zhì)量的絕緣薄膜。本發(fā)明所提出的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)簡單，能夠直接形成頂接觸式源漏電極，有利于提高載流子注入。本發(fā)明提供的有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，源、漏電極和柵電極采用自對準(zhǔn)工藝制備，兩者一次成形，大幅度減小工藝復(fù)雜度和難度。柵介質(zhì)采用光照交聯(lián)，避免了高溫工藝。
文檔編號H01L51/10GK102655212SQ20111005008
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者劉明, 商立偉, 姬濯宇 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所