專利名稱：一種制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法
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，特別涉及一種制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法。
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)品的需求越來越大。傳統(tǒng)的基于無機(jī)半導(dǎo)體材料的器件和電路難于滿足這些要求，因此可以實(shí)現(xiàn)這些特性的基于有機(jī)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)絹碓蕉嗟年P(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。為了提高器件的遷移率，人們發(fā)明了多種方法，其中ー種就是通過表面修飾，在柵介質(zhì)表面或者電極表面生長(zhǎng)ー層單分子層薄膜，從而改變表面的化學(xué)性質(zhì)，提高在其上生長(zhǎng)的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的質(zhì)量。然而通常人們所用的方法要么是對(duì)柵介質(zhì)表面進(jìn)行獨(dú)立修飾，要么是對(duì)電極表面進(jìn)行獨(dú)立修飾，獨(dú)立修飾只能使有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在修飾過的表面上生長(zhǎng)的很好，而在沒有修飾過的區(qū)域并沒有改善，因而并不能使得器件的性能達(dá)到最佳。除了進(jìn)行獨(dú)立修飾外，人們也會(huì)先后采用兩種修飾方法對(duì)柵介質(zhì)和電極表面進(jìn)行修飾以達(dá)到ー個(gè)綜合效果。然而這種先后獨(dú)立修飾的方法，過程較為復(fù)雜，不同的修飾劑之間還會(huì)進(jìn)行互相干擾。

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(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，該方法能夠在電極表面和柵介質(zhì)層表面同時(shí)自組織生長(zhǎng)ー層單分子層薄膜，改進(jìn)器件的接觸界面和溝道界面，從而制備出高遷移率的器件。( ニ )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極層； 在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層；在柵介質(zhì)層表面上制備圖形化的源漏金屬電極；將制備有圖形化源漏金屬電極的樣品浸泡到表面修飾溶液中，對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾；在修飾好的樣品表面沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，完成器件的制備。上述方案中，所述絕緣襯底為長(zhǎng)有氧化硅薄膜或氮化硅薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣塑料薄膜。上述方案中，所述柵電極層采用的材料包括金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦、鉭和導(dǎo)電有機(jī)物PED0T:PSS;所述在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極層的步驟中，柵電極層的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印或旋涂 ，金屬電極的圖形化采用光刻加刻蝕或者光刻加金屬剝離工藝；聚合物電極的制備采用噴墨打印エ藝。 上述方案中，所述柵介質(zhì)層采用的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、聚酰亞胺PI、聚こ烯吡硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA和聚對(duì)ニ甲苯parylene;所述在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層的步驟中，通過低壓化學(xué)氣相沉積、濺射、原子層沉積、電子束蒸發(fā)、離子輔助沉積或者旋涂技術(shù)來制備柵介質(zhì)層。上述方案中，所述源漏金屬電極采用的材料包括金、鉬、銀、銅、鋁或PED0T:PSS ；所述在柵介質(zhì)層表面上制備圖形化的源漏金屬電極的步驟中，源漏金屬電極的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印、旋涂；金屬電極的圖形化采用光刻加刻蝕或者光刻加金屬剝離エ藝。上述方案中，所述對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾的步驟，是在電極表面和柵介質(zhì)層表面自組織生長(zhǎng)ー層單分子層薄膜，從而改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體與源漏電極之間接觸界面和有機(jī)半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的溝道界面。上述方案中，所述對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾的步驟中，表面修飾溶液由具有能夠同時(shí)與電極和柵介質(zhì)的表面接枝的基團(tuán)的有機(jī)分子溶解于有機(jī)溶劑中配制得到。所述具有能夠同時(shí)與電極和柵介質(zhì)的表面接枝的基團(tuán)的有機(jī)分子為3-巰丙基三こ氧基硅烷MPTMS。所述用于配制表面修飾溶液的有機(jī)溶劑包括こ醇、異丙醇、松油醇、氯仿、氯苯、苯酚、甲苯或ニ甲苯。上述方案中，所述表面修飾溶液的濃度小于10mM/L。上述方案中，所述將制備有圖形化源漏金屬電極的樣品浸泡到表面修飾溶液中的步驟，樣品在表面修飾溶液中浸泡的時(shí)間大于2個(gè)小吋。上述方案中，所述在修飾好的樣品表面沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的步驟中，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜采用的材料為并五苯、金屬酞菁CuPc、P3HT、噻吩或紅熒?。辉撚袡C(jī)半導(dǎo)層薄膜通過真空熱蒸發(fā)、旋涂、滴涂或噴墨打印エ藝來制備。(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本發(fā)明提供的這種制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，能夠一次性對(duì)柵介質(zhì)和金屬電極表面進(jìn)行修飾。該方法在電極表面和柵介質(zhì)層表面同時(shí)自組織生長(zhǎng)ー層單分子層薄膜，改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體與源、漏電極之間接觸界面和有機(jī)半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的溝道界面，從而提高有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在柵介質(zhì)表面和電極表面的生長(zhǎng)質(zhì)量，獲得有序均一的大晶粒薄膜，進(jìn)ー步提高器件的遷移率和注入效率。


為了更進(jìn)ー步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例子，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述，
圖1-1至圖1-5為本發(fā)明提供的本發(fā)明提供的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法流程圖；圖2為本發(fā)明提供的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管方法中所用有機(jī)修飾層的分子結(jié)構(gòu)示意圖。
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(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供了一種能夠一次性對(duì)柵介質(zhì)和電極表面進(jìn)行修飾的方法，該方法在制 備好源、漏電極和柵介質(zhì)層之后，把樣品浸泡在由同時(shí)具有能夠與電極和柵介質(zhì)表面接枝的基團(tuán)的有機(jī)分子，如3-巰丙基三こ氧基硅烷(MPTMS)，所配制的溶液中對(duì)器件進(jìn)行修飾，在電極表面和柵介質(zhì)層表面自組織生長(zhǎng)ー層單分子層薄膜，從而改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體與源、漏電極之間接觸界面和有機(jī)半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的溝道界面，提高有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在柵介質(zhì)表面和電極表面的生長(zhǎng)質(zhì)量，獲得有序均一的大晶粒薄I吳，進(jìn)一步提聞器件的遷移率和注入效率。圖1-1至圖1-5為本發(fā)明提供的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法流程圖，該方法主要包括以下步驟如圖1-1所示，在絕緣襯底101上制備圖形化的柵電極102，柵電極層的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印、旋涂。其中絕緣襯底101為電極、柵介質(zhì)和有機(jī)半導(dǎo)體薄膜層的支撐部分，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。包括長(zhǎng)有氧化硅、氮化硅等絕緣薄膜的硅片，絕緣玻璃和絕緣塑料薄膜。柵電極102薄膜的材料包括金，鋁，鉬，銅、銀、鎳、鉻、鈦、鉭和PED0T:PSS。金屬電極的圖形化采用先沉積薄膜，再光刻、刻蝕形成電極圖形的エ藝，或者采用先光刻形成對(duì)應(yīng)的光刻膠圖形，然后沉積金屬薄膜，再通過金屬剝離去除多余金屬薄膜的エ藝。聚合物電極的制備通過噴墨打印エ藝同時(shí)實(shí)現(xiàn)沉積和圖形化。如圖1-2所示，在柵電極層102上沉積柵介質(zhì)層103。介質(zhì)層材料包括氧化硅，氮化硅，氧化鋯，氧化鋁，氧化鉭、氧化鉿，聚酰亞胺(PI)、聚こ烯吡硌烷酮(PVP)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)和聚對(duì)ニ甲苯(parylene)。無機(jī)柵介質(zhì)層通過低壓化學(xué)氣相沉積，濺射或者原子層沉積等方法來沉積，使其具有很好的臺(tái)階覆蓋性。有機(jī)介質(zhì)層的制備通過旋涂技術(shù)來沉積介質(zhì)薄膜，經(jīng)過退火處理形成高質(zhì)量的薄膜。如圖1-3所示，在柵介質(zhì)層103表面制備圖形化的源、漏電極104。源、漏電極材料包括金、鉬、銀、銅、鋁和PED0T:PSS。源、漏電極層的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印、旋涂。其中金屬電極的圖形化采用先沉積薄膜，再光刻、刻蝕形成電極圖形的エ藝，或者采用先光刻形成對(duì)應(yīng)的光刻膠圖形，然后沉積金屬薄膜，再通過金屬剝離去除多余金屬薄膜的エ藝。聚合物電極的制備通過噴墨打印エ藝同時(shí)實(shí)現(xiàn)沉積和圖形化。如圖1-4所示，把樣品浸泡到表面修飾溶液中，對(duì)器件表面進(jìn)行修飾，在金屬電極表面和柵介質(zhì)層表面自組織生長(zhǎng)ー層單分子層薄膜，從而改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體與源、漏電極之間接觸界面和有機(jī)半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的溝道界面。表面修飾溶液由同時(shí)具有能夠與金屬和柵介質(zhì)表面接枝的基團(tuán)的有機(jī)分子，如圖2所示的3-巰丙基三こ氧基硅烷(MPTMS)，溶解于こ醇、異丙醇、松油醇、氯仿、氯苯、苯酚、甲苯、或ニ甲苯有機(jī)溶劑中配制得到。如圖1-5所示，制備有機(jī)半導(dǎo)體層106。有機(jī)半導(dǎo)體材料包括并五苯、金屬酞菁(CuPc)、P3HT、噻吩和紅熒稀。其中的有機(jī)半導(dǎo)層薄膜通過真空熱蒸發(fā)、旋涂、滴涂、噴墨打印エ藝來制備。完成器件的制備。實(shí)施例該實(shí)施例所提供的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的具體制備方法如下步驟1，在長(zhǎng)有300nm氧化硅的硅片襯底上首先通過光刻エ藝制備柵電極的光刻 膠圖形，然后通過電子束蒸發(fā)沉積ー層IOOnm厚的鋁金屬薄膜，通過金屬剝離エ藝去除不需要的光刻膠和金屬薄膜，形成圖形化的鋁金屬柵電扱。步驟2，在鋁金屬柵電極上通過原子層沉積技術(shù)制備30nm厚的氧化鋁薄膜作為柵介質(zhì)。步驟3，在第一類柵介質(zhì)層表面首先通過光刻エ藝制備源、漏電極的光刻膠圖形，然后通過電子束蒸發(fā)沉積ー層50nm厚的金金屬薄膜，通過剝離エ藝去除不需要的光刻膠和金屬薄膜，形成圖形化的金源、漏電極。步驟4，把樣品浸泡到5mM/L的MPTMS溶液中，對(duì)器件表面進(jìn)行修飾。浸泡12小時(shí)候取出，用大量的こ醇溶液沖洗，去除多余的MPTMS分子。在金屬電極表面和柵介質(zhì)層表面得到一層致密的有機(jī)單分子層薄膜。步驟5，在修飾好的樣品表面采用真空熱蒸發(fā)技術(shù)制50nm的并五苯薄膜作為有機(jī)半導(dǎo)體層，完成該實(shí)施例所涉及器件的制備。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)ー步詳細(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
1.一種制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，該方法包括 在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極層； 在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層； 在柵介質(zhì)層表面上制備圖形化的源漏金屬電極； 將制備有圖形化源漏金屬電極的樣品浸泡到表面修飾溶液中，對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾； 在修飾好的樣品表面沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，完成器件的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述絕緣襯底為長(zhǎng)有氧化硅薄膜或氮化硅薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣塑料薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述柵電極層采用的材料包括金、鋁、鉬、銅、銀、鎳、鉻、鈦、鉭和導(dǎo)電有機(jī)物PEDOT: PSS ； 所述在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極層的步驟中，柵電極層的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印或旋涂；金屬電極的圖形化采用光刻加刻蝕或者光刻加金屬剝離工藝；聚合物電極的制備采用噴墨打印工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述柵介質(zhì)層采用的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿、聚酰亞胺PI、聚乙烯吡硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA和聚對(duì)二甲苯parylene ； 所述在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層的步驟中，通過低壓化學(xué)氣相沉積、濺射、原子層沉積、電子束蒸發(fā)、離子輔助沉積或者旋涂技術(shù)來制備柵介質(zhì)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述源漏金屬電極采用的材料包括金、鉬、銀、銅、鋁或PED0T:PSS;所述在柵介質(zhì)層表面上制備圖形化的源漏金屬電極的步驟中，源漏金屬電極的薄膜沉積方法包括真空熱物理沉積、電子束沉積、離子輔助沉積、濺射、噴墨打印、旋涂；金屬電極的圖形化采用光刻加刻蝕或者光刻加金屬剝離工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾的步驟，是在電極表面和柵介質(zhì)層表面自組織生長(zhǎng)一層單分子層薄膜，從而改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體與源漏電極之間接觸界面和有機(jī)半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的溝道界面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾的步驟中，表面修飾溶液由具有能夠同時(shí)與電極和柵介質(zhì)的表面接枝的基團(tuán)的有機(jī)分子溶解于有機(jī)溶劑中配制得到。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述具有能夠同時(shí)與電極和柵介質(zhì)的表面接枝的基團(tuán)的有機(jī)分子為3-巰丙基三乙氧基硅烷MPTMS。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，所述用于配制表面修飾溶液的有機(jī)溶劑包括乙醇、異丙醇、松油醇、氯仿、氯苯、苯酚、甲苯或二甲苯。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述表面修飾溶液的濃度小于10mM/L。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述將制備有圖形化源漏金屬電極的樣品浸泡到表面修飾溶液中的步驟，樣品在表面修飾溶液中浸泡的時(shí)間大于2個(gè)小時(shí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，所述在修飾好的樣品表面沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的步驟中，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜采用的材料為并五苯、金屬酞菁CuPc、P3HT、噻吩或紅熒??；該有機(jī)半導(dǎo)層薄膜通過真空熱蒸發(fā)、旋涂、滴涂或噴墨打印工藝來制 備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在絕緣襯底上制備圖形化的柵電極層；在柵電極層上沉積柵介質(zhì)層；在柵介質(zhì)層表面上制備圖形化的源漏金屬電極；將制備有圖形化源漏金屬電極的樣品浸泡到表面修飾溶液中，對(duì)樣品表面進(jìn)行修飾；在修飾好的樣品表面沉積有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，完成器件的制備。利用本發(fā)明，改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體與源、漏電極之間接觸界面和有機(jī)半導(dǎo)體與柵介質(zhì)之間的溝道界面，提高有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在柵介質(zhì)表面和電極表面的生長(zhǎng)質(zhì)量，獲得有序均一的大晶粒薄膜，進(jìn)一步提高器件的遷移率和注入效率。
文檔編號(hào)H01L51/40GK102683592SQ20111005819
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者劉明, 商立偉, 姬濯宇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所