專利名稱：一種柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子器件，具體涉及一種柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法，屬于柔性電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于氫化非晶硅半導(dǎo)體的薄膜晶體管已經(jīng)在液晶顯示等技術(shù)領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。近些年來，隨著各種新型半導(dǎo)體材料的不斷發(fā)展，有機(jī)薄膜晶體管和金屬氧化物晶體管的性能已經(jīng)趕上甚至超過傳統(tǒng)非晶硅薄膜晶體管，而近期迅猛發(fā)展的新興技術(shù)，如溶液法加工工藝使得薄膜晶體管能夠低成本地與柔性襯底集成，更進(jìn)一步拓展了薄膜晶體管的應(yīng)用范圍。隨著人們對消費電子產(chǎn)品低成本和便攜性不斷增長的要求以及各行業(yè)日益豐富的功能性應(yīng)用，靈活性更大的柔性薄膜晶體管勢必會得到更多的重視和應(yīng)用。
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對于單個薄膜晶體管單元來說，除了基板和接觸電極以外，半導(dǎo)體和絕緣層是薄膜晶體管單元最重要的兩個組分。半導(dǎo)體材料在近些年來取得了很好的發(fā)展，可溶液法加工的有機(jī)半導(dǎo)體和金屬氧化物半導(dǎo)體材料在遷移率上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)非晶硅，然而相對來說具有同樣重要性的絕緣層材料卻沒有得到足夠的重視，并沒有出現(xiàn)足夠多的能夠應(yīng)用于實際生產(chǎn)柔性薄膜晶體管的絕緣層材料。傳統(tǒng)絕緣層的材料如化學(xué)氣相沉積的氮化硅等通常需要至少300攝氏度的高溫而無法與一般柔性襯底兼容，而現(xiàn)階段的溶液法加工的絕緣層在工藝控制和絕緣強(qiáng)度上與傳統(tǒng)真空工藝加工的絕緣層還存在著不小的差距。因此，能夠利用現(xiàn)階段已有的真空工藝形成低溫沉積的絕緣層對于柔性薄膜晶體管的進(jìn)一步發(fā)展有著十分重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種柔性薄膜晶體管的絕緣層，其為一種碳?xì)渚酆衔?，能夠在室溫下進(jìn)行原子沉積，可應(yīng)用于柔性基板。本發(fā)明同時提供采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)來制備該柔性薄膜晶體管絕緣層的方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下列技術(shù)方案以解決其技術(shù)問題—種柔性薄膜晶體管的絕緣層，其為在基板上形成的碳?xì)渚酆衔锏谋∧ぁＫ龅奶細(xì)渚酆衔锸侵割惤饎偸姆蔷細(xì)渚酆衔?。所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶體管底層的已經(jīng)制備好柵極的柔性襯底或者已經(jīng)制備好源電極、漏電極和半導(dǎo)體層的柔性襯底。一種用于所述柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統(tǒng)中于所述基板之上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧ぃ瓿伤鋈嵝员∧ぞw管的絕緣層的制備。所述的PECVD系統(tǒng)是指，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，其包括真空泵、射頻系統(tǒng)以及氣體控制系統(tǒng)。所述的制備方法包括如下步驟
I)在室溫條件下，通過真空泵將已放置了所述基板的射頻系統(tǒng)的腔體內(nèi)抽真空；2)通過氣體控制系統(tǒng)向射頻系統(tǒng)的腔體內(nèi)通入一定配比的氫氣和乙炔氣體，該配比由所制備的柔性薄膜晶體管的絕緣層的特性決定；3)氫氣和乙炔氣體在射頻系統(tǒng)作用下局部形成氫等離子體和乙炔等離子體，并在基板上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，即為柔性薄膜晶體管的絕緣層。本發(fā)明所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法，具有以下優(yōu)點第一、室溫制備，與柔性襯底兼容。與傳統(tǒng)硅基絕緣層相比，本發(fā)明所述絕緣層是一種類金剛石的非晶碳?xì)渚酆衔?，該碳?xì)渚酆衔镉捎谒靥己蜌涠加兄苄〉南鄬υ恿?C: 12，H: I)，在加工工藝中不需要加熱就可以進(jìn)行原子沉積，經(jīng)過實驗證實，其可以在室溫下進(jìn)行沉積，從而能夠很好的應(yīng)用于柔性基板。第二、所述絕緣層具有很好的絕緣性能和電學(xué)強(qiáng)度。該絕緣層的碳?xì)渚酆衔镉兄苤旅艿木Ц窠Y(jié)構(gòu)，能夠提供良好的絕緣性能以及擁有較高的電擊穿強(qiáng)度。 第三、可以利用現(xiàn)有工藝設(shè)備，節(jié)約成本。所述絕緣層的制備采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)來加工，能夠充分利用現(xiàn)有的工藝設(shè)備。第四、使用無毒害原材料氣體，更加安全。所述制備方法采用氫氣和乙炔氣體作為原材料，因而具有無毒無害的優(yōu)點。
圖I是本發(fā)明的示意圖。圖2是實施例中得到的本發(fā)明所述絕緣層的電學(xué)特性以及利用該絕緣層制備的溶液法底柵底接觸有機(jī)薄膜晶體管的性能。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實施方案。本發(fā)明所述絕緣層是柔性薄膜晶體管的構(gòu)成之一，請參閱圖1，圖示柔性薄膜晶體管的絕緣層13位于基板12之上，該基板12位于所述柔性薄膜晶體管的底層，其在底柵結(jié)構(gòu)薄膜晶體管中是已經(jīng)制備好柵極的柔性襯底，在頂柵結(jié)構(gòu)薄膜晶體管中是已經(jīng)制備好源電極、漏電極和半導(dǎo)體層的柔性襯底。本發(fā)明所述柔性薄膜晶體管的絕緣層13為在基板12上用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝形成的碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，該碳?xì)渚酆衔锸侵割惤饎偸姆蔷細(xì)渚酆衔铩Ｓ糜谒鋈嵝员∧ぞw管的絕緣層的制備方法是，采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統(tǒng)11中，于所述基板12之上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，完成所述柔性薄膜晶體管的絕緣層13的制備。請參閱圖I，所述的PECVD系統(tǒng)11是指等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，用于控制整個工藝過程，其包括如真空泵、射頻(微波)系統(tǒng)、氣體控制系統(tǒng)等一些功能性模塊，可以根據(jù)工藝需要控制工藝參數(shù)來決定碳?xì)渚酆衔锉∧さ纳L。本發(fā)明所述的制備方法在所述PECVD系統(tǒng)11之內(nèi)進(jìn)行，包括如下步驟I)在室溫條件下，首先通過真空泵將已放置了所述基板12的射頻系統(tǒng)的腔體內(nèi)抽真空；2)然后通過氣體控制系統(tǒng)向射頻系統(tǒng)的腔體內(nèi)通入一定配比的氫氣和乙炔氣體，該配比由所制備的柔性薄膜晶體管的絕緣層13的特性決定；3)進(jìn)入PECVD系統(tǒng)的氫氣和乙炔氣體在射頻系統(tǒng)的作用下，在局部形成氫等離子體14和乙炔等離子體15(見圖I)，該氫等離子體14和乙炔等離子體15的化學(xué)性質(zhì)活潑，很容易發(fā)生反應(yīng)，其在基板12上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，即為柔性薄膜晶體管的絕緣層13。由于碳和氫都有較低的相對原子量，不需要高溫，碳?xì)渚酆衔镌谒龌?2上的整個沉積過程都可以在室溫下進(jìn)行，并且由所述PECVD系統(tǒng)11控制。采用本發(fā)明所述制備方法，我們制備了 IOOnm的這種碳?xì)渚酆衔锝^緣層，并利用 這種絕緣層成功制備了溶液法有機(jī)薄膜晶體管。下面將對實驗結(jié)果進(jìn)行概述。圖2為實驗所制備的絕緣層13的電學(xué)性能以及基于這種絕緣層13制備的有機(jī)薄膜晶體管器件的特性。圖2(a)示出了絕緣層13極高的擊穿強(qiáng)度(2. 6MV/cm);圖2 (b)示出了絕緣層13很低的漏電流，在20V(2MV/cm)偏壓下漏電流密度小于10_7A/cm2 ;圖2(c)和圖2(d)示出了利用這種絕緣層13制備的有機(jī)薄膜晶體管的很好的晶體管性能。本實驗性示例證明本發(fā)明所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法能夠很好的應(yīng)用于柔性電子領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述絕緣層為在基板上形成的碳?xì)渚酆衔锏谋∧ぁ?br>
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述的碳?xì)渚酆衔锸侵割惤饎偸姆蔷細(xì)渚酆衔铩?br>
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶體管底層的已經(jīng)制備好柵極的柔性襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶體管底層的已經(jīng)制備好源電極、漏電極和半導(dǎo)體層的柔性襯底。
5.一種用于權(quán)利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其特征在于，采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統(tǒng)中于所述基板之上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，完成所述柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其特征在于，所述的PECVD系統(tǒng)是指，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，其包括真空泵、射頻系統(tǒng)以及氣體控制系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其特征在于，所述的制 備方法包括如下步驟 1)在室溫條件下，通過真空泵將已放置了所述基板的射頻系統(tǒng)的腔體內(nèi)抽真空； 2)通過氣體控制系統(tǒng)向射頻系統(tǒng)的腔體內(nèi)通入一定配比的氫氣和乙炔氣體，該配比由所制備的柔性薄膜晶體管的絕緣層的特性決定； 3)氫氣和乙炔氣體在射頻系統(tǒng)作用下局部形成氫等離子體和乙炔等離子體，并在基板上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，即為柔性薄膜晶體管的絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法，所述柔性薄膜晶體管的絕緣層為在基板上形成的碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，該絕緣層的制備方法采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統(tǒng)中于所述基板之上沉積形成碳?xì)渚酆衔锏谋∧?，完成柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備。本發(fā)明所述絕緣層具有良好的絕緣性能以及較高的電擊穿強(qiáng)度，在室溫條件下的制備方法使其能夠很好地與柔性基板兼容，可以采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝來加工，本發(fā)明能夠用于柔性薄膜晶體管的制備，進(jìn)一步促進(jìn)了柔性電子的發(fā)展。
文檔編號H01L51/30GK102891255SQ201210398578
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者馮林潤, 唐偉, 陳蘇杰, 徐小麗, 郭小軍 申請人:上海交通大學(xué)