專(zhuān)利名稱(chēng)：一種小線(xiàn)寬溝道的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)溝槽的制造方法，可用于小線(xiàn)寬溝槽型結(jié)構(gòu)的OTFT制造。
背景技術(shù)：
制造成本更低、功耗更小、速度更快的半導(dǎo)體器件已經(jīng)成為半導(dǎo)體以及電子產(chǎn)業(yè)追求的目標(biāo)之一。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，必須提高集成度，半導(dǎo)體器件的尺寸需要持續(xù)地隨著技術(shù)發(fā)展而進(jìn)行縮小。傳統(tǒng)的晶體管制造方法主要是機(jī)械加工和金屬化工藝方法。機(jī)械加工對(duì)機(jī)床精度要求很高，晶體管線(xiàn)寬一般在毫米微米級(jí)。金屬化工藝制造晶體管時(shí)需要在源漏極進(jìn)行離子滲透，形成電極材料，摻雜濃度難以控制，或是通過(guò)化學(xué)試劑刻蝕基板形成溝道，在晶體管線(xiàn)寬較小時(shí)，存在閾值電壓的漂移問(wèn)題；精度一般都在微米級(jí)，難以實(shí)現(xiàn)較大的集成度， 生產(chǎn)效率低下。目前，光刻蝕和納米壓印是最常用的兩種晶體管溝道制造方法。光刻蝕法可以用 248nm的激光生產(chǎn)溝道寬度為250nm的晶體管，但其制備過(guò)程中需要掩膜，且工藝復(fù)雜，成本很高。納米壓印是使用一個(gè)物理模具或模板將圖案壓印入壓印介質(zhì)從而將圖案轉(zhuǎn)印到基板上，具有較高的分辨率，可以生產(chǎn)IOOnm以下的微細(xì)結(jié)構(gòu)。但納米壓印需要精度很高的模板，模板制造工藝限制了其分辨率；壓印介質(zhì)與基板存在兼容性問(wèn)題，壓印過(guò)程中存在介質(zhì)蒸發(fā)問(wèn)題；每次都要制造一個(gè)單個(gè)的光刻版，不能大面積生產(chǎn)，費(fèi)時(shí)且效率低下；超精細(xì)分辨率及精度需要使生產(chǎn)成本急劇飆升。靜電紡絲法是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)型制備連續(xù)長(zhǎng)一維納米纖維的方法，如圖4所示。 Daoheng Sun 等(Near-Field Electrospinning, ΝΑΝΟ LETTERS, 6, 2006)提出近場(chǎng)靜電紡絲(NFES)，克服了傳統(tǒng)電紡絲纖維無(wú)序和不可控的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了紡絲定位，能夠制造出直徑為50 500nm、排列有序的納米纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種小線(xiàn)寬溝道的制備方法，利用近場(chǎng)靜電紡絲技術(shù)的定位技術(shù)，在基板上溝槽位置噴印一條有機(jī)水溶性材料的亞微米級(jí)纖維；待纖維固化后，在有機(jī)水溶性材料直纖維兩側(cè)分別印刷疏水性有機(jī)薄膜晶體管的源極和漏極圖案；待電極圖案固化后，將基板放入蒸餾水中，使有機(jī)水溶性材料纖維溶解入水中，形成小線(xiàn)寬溝道。本發(fā)明的制備工藝可減小TFT的溝道寬度，獲得溝道寬度在50nm 1 μ m的TFT，從而提高TFT 器件的性能。具有制造成本低、工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境要求低、可實(shí)現(xiàn)亞微米甚至納米溝道寬度的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案為一種小線(xiàn)寬溝道的制備方法，包括如下步驟1)在有機(jī)半導(dǎo)體層上溝道區(qū)噴印一條有機(jī)水溶性材料的亞微米級(jí)纖維；
采用水溶性有機(jī)材料溶液作為靜電紡絲的墨液來(lái)制備纖維，其中，溶液與有機(jī)半導(dǎo)體層(襯底)的潤(rùn)濕角約為90° ；采用近場(chǎng)電紡絲工藝將所述纖維定位到有機(jī)半導(dǎo)體層上的溝道處，所形成的纖維直徑約為50nm 1 μ m ；2)待纖維固化后，在有機(jī)水溶性材料直纖維兩側(cè)分別印刷疏水性有機(jī)薄膜晶體管的源極和漏極圖案纖維完全固化后，采用不溶于水的疏水性電極材料作為墨液在有機(jī)半導(dǎo)體層上印刷電極，從而在所述纖維兩側(cè)形成電子器件的源極和漏極?？刹捎贸Ｒ?guī)印刷工藝，如電噴霧、氣噴等，由于電極墨液對(duì)纖維的非潤(rùn)濕性，墨液會(huì)鋪展到纖維的兩側(cè)待疏水性電極材料固化后，如果疏水性電極材料(如納米金屬材料)形成電極需要燒結(jié)，則對(duì)上述形成的源極和漏極進(jìn)行燒結(jié)。如果疏水性電極材料形成電極不需要燒結(jié)， 則直接進(jìn)行下一步。3)待電極圖案固化后，將基板放入蒸餾水中，使有機(jī)水溶性材料纖維溶解入水中， 形成小線(xiàn)寬溝道電極墨液固化后將器件放入蒸餾水或水性溶劑中中，纖維溶于水或溶劑中，即可形成小線(xiàn)寬的溝道。本發(fā)明還公開(kāi)了一種OTFT的制備方法，包括1)選取基底，基底材料不能溶于水或水性溶劑。2)在基底上制備OTFT的柵極，有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層，柵極、有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層材料都不能溶于水或水性溶劑。3)利用上述小線(xiàn)寬溝道的制備方法在有機(jī)半導(dǎo)體層上制備小溝道。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，制造成本低，它利用噴墨打印等低分辨率(微米級(jí))工藝制備了高分辨率溝道(納米級(jí))的電子器件，這是其它普通工藝難以實(shí)現(xiàn)的。此外，本發(fā)明為非接觸式工藝，能夠用來(lái)制備生物器件。


圖1為本發(fā)明工藝流程2為本發(fā)明專(zhuān)利制備溝道的截面3為本發(fā)明專(zhuān)利制備溝道的俯視平面4為近場(chǎng)電紡絲的結(jié)構(gòu)示意圖其中，1為有機(jī)半導(dǎo)體層，2為有機(jī)絕緣層，3為柵極，4為有機(jī)水溶性材料纖維，5為潤(rùn)濕角，6為電子漂移區(qū)，7為漏極，8為支架，9為高壓電源，10為靜電紡絲形成的纖維，11 為接收基板，12為靜電紡絲溶液，13為噴射器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。利用本發(fā)明所述工藝方法制造的OTFT管的小線(xiàn)寬溝道如下第一步用有機(jī)水溶性材料如(如PVP、PEO等)配制溶液，使溶液各項(xiàng)參量如質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粘度、表面張力、溫度等滿(mǎn)足靜電紡絲工藝參數(shù)，如PH值為7-9、黏度為l-4cP和表面張力為20-40mN/m，另外溶液與襯底的潤(rùn)濕角最好在90°左右。以疏水性電極材料(如各種碳納米管CNT，納米金屬材料等)為溶質(zhì)，選擇合適的溶劑配制溶液，溶液性能滿(mǎn)足OTFT 的電極的各項(xiàng)性能要求，同時(shí)還要滿(mǎn)足采用的常規(guī)印刷工藝(電噴霧、氣噴等)的要求。第二步以上述有機(jī)水溶性材料溶液為墨液，利用近場(chǎng)靜電紡絲的定位技術(shù)在有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)打印一條表面光滑，線(xiàn)寬為50nm 1 μ m的有機(jī)水溶性材料直纖維，纖維的具體線(xiàn)寬根據(jù)實(shí)際應(yīng)用溝道寬度而定，纖維線(xiàn)寬的實(shí)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整靜電紡絲工藝參量來(lái)完成，若溶液參量可再次調(diào)整，也可通過(guò)調(diào)整溶液參量或者兩種參量協(xié)同調(diào)整來(lái)完成。第三步待有機(jī)水溶性材料直纖維完全固化后，以疏水性電極材料溶液為墨液，利用打印工藝對(duì)準(zhǔn)纖維進(jìn)行噴印，可采用常規(guī)印刷工藝，如電噴霧、氣噴等，由于電極墨液對(duì)纖維的非潤(rùn)濕性，墨液會(huì)鋪展到纖維的兩側(cè)，形成OTFT的源極和漏極。待疏水性電極材料固化后，如果疏水性電極材料(如納米金屬材料)形成電極需要燒結(jié)，則對(duì)上述形成的源極和漏極進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)工藝可采用常規(guī)工藝，如真空燒結(jié)，激光燒結(jié)等，燒結(jié)溫度一般在200攝氏度以下，具體溫度數(shù)值根據(jù)電極材料而定。燒結(jié)也會(huì)使部分或整個(gè)的有機(jī)水溶性材料直纖維燒掉。如果疏水性電極材料形成電極不需要燒結(jié)，則直接進(jìn)行下一步。第四步將有機(jī)半導(dǎo)體層的器件置入蒸餾水或水性溶劑中，使有機(jī)水溶性材料溶解入水中，使源極和漏極之間形成50nm 1 μ m的小線(xiàn)寬溝道。以PVP為有機(jī)水溶性材料，碳納米管(CNT)為疏水性電極材料制備出的小溝道在在OTFT制備中的應(yīng)用，包括如下步驟第一步，根據(jù)器件類(lèi)型、工藝過(guò)程和應(yīng)用環(huán)境等選取有機(jī)材料聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)作為OTFT的基底。第二步，利用常規(guī)工藝?yán)贸Ｒ?guī)工藝如絲網(wǎng)印刷、納米壓印、噴印、傳印、直寫(xiě)、沉積等在基底上制備OTFT的柵極。制備OTFT的柵極層，有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層，柵極、 有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層材料都不能溶于水或水性溶劑。第三步，以有機(jī)水溶性材料PVP為墨液，利用靜電紡絲技術(shù)在有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)打印一條表面光滑，線(xiàn)寬為50nm 1 μ m的PVP直纖維，要求溶液材料，與襯底(即有機(jī)半導(dǎo)體層)的潤(rùn)濕角約為90°。第四步，待PVP纖維完全固化后，待水溶性有機(jī)材料直纖維完全固化后，以疏水性電極材料溶液為墨液，利用打印工藝對(duì)準(zhǔn)纖維進(jìn)行噴印，由于溶液對(duì)纖維的非潤(rùn)濕性，墨液會(huì)分開(kāi)到纖維的兩側(cè)，形成OTFT的源極和漏極，剖面結(jié)構(gòu)如圖2和圖3。第五步，待CNT直纖維完全固化后，將有機(jī)半導(dǎo)體層的器件放入蒸餾水中，使PVP 溶解入水中，形成50nm Ιμπι的小線(xiàn)寬溝道，溝道制備流程如圖1所示。以PEO為有機(jī)水溶性材料，納米銀粉為疏水性電極材料制備出的小溝道在在OTFT 制備中的應(yīng)用，包括如下步驟第一步，根據(jù)器件類(lèi)型、工藝過(guò)程和應(yīng)用環(huán)境等選取聚酰亞胺薄膜(PI)作為OTFT 的基底。第二步，利用常規(guī)工藝如絲網(wǎng)印刷、納米壓印、噴印、傳印、直寫(xiě)等在基底上制備 OTFT的柵極，有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層，基底、柵極、有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層材料都不能溶于水或水性溶劑。
第三步，以有機(jī)水溶性材料PEO為墨液，利用靜電紡絲技術(shù)在有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)打印一條表面光滑，線(xiàn)寬為50nm 1 μ m的PEO直纖維，PEO溶液材料與襯底的潤(rùn)濕角約為90°。第四步，待PEO纖維完全固化后，以直徑為20-30的納米銀溶液為墨液，利用打印工藝對(duì)準(zhǔn)纖維進(jìn)行噴印，由于溶液對(duì)纖維的非潤(rùn)濕性，墨液會(huì)分開(kāi)到纖維的兩側(cè)，形成OTFT 的源極和漏極。第五步，待納米銀材料固化后，對(duì)其進(jìn)行激光燒結(jié)，燒結(jié)溫度為150攝氏度?？赡?PEO纖維會(huì)有部分被燒掉。第六步，燒結(jié)完成后，將基板放入蒸餾水中，使PEO溶解入水中，將有機(jī)半導(dǎo)體層置入蒸餾水中，使水溶性有機(jī)材料直纖維溶解入水中，形成50nm Iym的小線(xiàn)寬溝道。
權(quán)利要求
1.一種用于有機(jī)薄膜晶體管的小線(xiàn)寬溝道的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)印刷纖維條在有機(jī)薄膜晶體管器件的有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)印刷一條有機(jī)水溶性材料纖維；(2)印刷電極待纖維固化后，將疏水性電極材料溶液對(duì)準(zhǔn)纖維進(jìn)行沉積，從而在纖維兩側(cè)形成電極圖案，作為有機(jī)薄膜晶體管的源極和漏極；(3)形成溝道電極圖案固化后，放入水或水性溶劑中，使所述有機(jī)水溶性材料纖維溶解，即可在有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)形成寬度與所述纖維直徑相同的溝道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，采用水溶性有機(jī)材料溶液作為墨液，通過(guò)靜電紡絲工藝完成纖維條的印刷。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述水溶性有機(jī)材料溶液與有機(jī)半導(dǎo)體層的潤(rùn)濕角約為90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的制備方法，其特征在于，所述纖維不被電極溶液潤(rùn)濕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的制備方法，其特征在于，所述的有機(jī)水溶性材料為PVP 或 ΡΕ0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的制備方法，其特征在于，在步驟O)中，還包括對(duì)形成的源極和漏極進(jìn)行燒結(jié)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的制備方法，其特征在于，所述纖維條的線(xiàn)寬為50nm 1 μ m0
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的制備方法，其特征在于，所述疏水性電極材料為碳納米管CNT或納米金屬材料。
9.一種有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)的制備方法，包括如下過(guò)程(1)選取基底，其中基底材料不溶于水或水性溶劑；(2)在基底上制備有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)的柵極、有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層，其中， 所述柵極、有機(jī)絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層材料都不溶于水或水性溶劑；(3)利用權(quán)利要求1-8之一所述的制備方法在所述有機(jī)半導(dǎo)體層上制備小線(xiàn)寬溝道； 通過(guò)上述過(guò)程即可制備形成有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述基底材料為聚酰亞胺薄膜(PI)或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于有機(jī)薄膜晶體管的小溝道的制備方法，包括(1)在有機(jī)薄膜晶體管器件的有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)印刷一條有機(jī)水溶性材料纖維；(2)待纖維固化后，將疏水性電極材料溶液對(duì)準(zhǔn)纖維進(jìn)行沉積，從而在纖維兩側(cè)形成電極圖案，作為有機(jī)薄膜晶體管的源極和漏極；(3)電極圖案固化后，放入水或水性溶劑中，使所述有機(jī)水溶性材料纖維將溶于水，即可在有機(jī)半導(dǎo)體層的溝道區(qū)形成寬度與所述纖維直徑相同的溝道。本發(fā)明還提供了上述方法在制備有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。本發(fā)明的方法可以用來(lái)制造薄膜晶體管源極和漏極之間的小線(xiàn)寬溝道，可實(shí)現(xiàn)亞微米/納米尺度的溝道寬度，極大地提高了OTFT器件的性能。
文檔編號(hào)D01D5/00GK102222770SQ201110164570
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者尹周平, 易海濤, 王小梅, 黃永安 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)