專利名稱：含有修飾層的有機(jī)薄膜晶體管器件及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的有機(jī)薄膜晶體管器件及其加工方法。
背景技術(shù)：
近年來，OTFT在柔性有源矩陣顯示和柔性集成電路等方面顯現(xiàn)出應(yīng)用潛力。低功耗是OTFT實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)重要性質(zhì)，C.D.Dimitrakopoulos等人提供了一種采用高介電常數(shù)材料為柵絕緣層(如鈦酸鋇，BZT)來實(shí)行低工作電壓的方法(C.D.Dimitrakopoulos etal Science 283，822，1999)。遺憾的是，這種方法增大了器件的柵/源、柵/漏電極之間的漏電流。中國專利CN1409417公開了一種采用高介電常數(shù)材料為柵絕緣層，并在源和漏電極與柵絕緣層間含有低介電常數(shù)絕緣層結(jié)構(gòu)的OTFT，該OTFT能夠有效降低器件的柵/源、柵/漏電極之間的漏電流。當(dāng)該絕緣層的厚度進(jìn)一步降低后，采用自組織方法在柵絕緣層表面形成超薄修飾層的方法更方便。修飾層已經(jīng)在OTFT器件中被采用，主要是改善有機(jī)半導(dǎo)體與源/漏電極的接觸性質(zhì)(Jackson工作，器件剖面示意圖見附圖1a)和改善有機(jī)半導(dǎo)體的薄膜形態(tài)結(jié)構(gòu)(美國發(fā)明專利，US6433359，器件剖面示意圖見附圖1b)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的有機(jī)薄膜晶體管器件；
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的有機(jī)薄膜晶體管器件的加工方法。
克服采用高介電絕緣柵的OTFT中柵/源、柵/漏的漏電流大的問題，采用高介電常數(shù)材料為柵絕緣層，在高介電柵絕緣層表面含有超薄的修飾層。
本發(fā)明采用具有高介電常數(shù)的絕緣材料作為柵絕緣層，在源/漏電極與柵絕緣層之間引入修飾層，有利于降低晶體管的關(guān)態(tài)電流和降低晶體管的開啟電壓。該結(jié)構(gòu)還具有改善后序加工有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)的作用，提高OTFT的性能。
本發(fā)明的制作步驟結(jié)合附圖描述如下附圖2是本發(fā)明源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的OTFT器件剖面示意圖，圖中(1)-襯底，(2)-柵極，(3)-柵絕緣層，(4)-修飾層，(5)-源極，(6)-漏極，(7)-有機(jī)半導(dǎo)體層；第一步，在襯底(1)上濺射或蒸發(fā)一層金屬Ta、Ti、W或MO，并光刻成柵電極(2)；第二步，濺射或蒸發(fā)一層高介電性質(zhì)的柵絕緣膜(3)，Ta2O5、Al2O3、TiO2或BZT；第三步，在高介電性柵絕緣膜層表面上形成一層超薄的修飾層(4)；第四步，真空熱蒸發(fā)一層金屬Au、Ag、Mo或Al，并光刻成源/漏電極(5)和(6)；第五步，真空熱蒸發(fā)有機(jī)半導(dǎo)體材料(7)作為有源層并光刻和刻蝕成型。
其中，修飾層(4)所用材料滿足分子式X-Y-Zn分子形成，其中，X為下列端基
(1)、-H，-CH3，...(非極性)；(2)、-NH2，-CN，-Cl，...(極性)；(3)、-NCO，-NH2，-CH＝CH2，...(有反應(yīng)活性)。
Y為起連接作用的1-50個(gè)碳原子的直鏈或支鏈的烷基、鹵代烷基或芳香環(huán)；Z為反應(yīng)活性端基，基團(tuán)結(jié)構(gòu)為(1)、-Si(OC2H5)3，-Si(OCH3)3，...(硅氧烷)；(2)、-SiCl3，-Si(C2H5)2Cl，...(氯代硅烷)；(3)、-PO3H2，-OPO3H2，...(磷酸脂)；(4)、苯并三唑(-C6H4N3)及其衍生物；(5)、-OH，-SH，-SeH，...(醇)；(6)、-COOH，-SO3H，...(酸)；(7)、-CONHOH，-COSH，-COSeH，...(羧酸衍生物)；(8)、-C5H4N，-NC；n等于1、2或3。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在不增加光刻等常規(guī)復(fù)雜工藝的情況下，就可以改善OTFT器件的性能，而且還可以降低器件的寄生電容。這樣，即可以采用高介電材料作為柵絕緣層，增大溝道電容，降低器件的開啟電壓，同時(shí)，又降低柵/源和柵/漏電極之間的漏電流對器件產(chǎn)生的不利影響。


附圖1a修飾電極的OTFT器件剖面示意圖。
附圖1b修飾絕緣柵的OTFT器件剖面示意圖。
附圖2本發(fā)明的在源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的OTFT器件剖面示意圖。圖中，(1)-襯底，(2)-柵極，(3)-柵絕緣層，(4)-修飾層，(5)-源極，(6)-漏極，(7)-有機(jī)半導(dǎo)體層。
附圖3a底電極結(jié)構(gòu)OTFT的轉(zhuǎn)移特性曲線。
附圖3b底電極結(jié)構(gòu)OTFT的輸出特性曲線。
附圖4a根據(jù)本發(fā)明的OTFT器件的轉(zhuǎn)移特性曲線。
附圖4b根據(jù)本發(fā)明的OTFT器件的輸出特性曲線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在7059玻璃襯底(1)上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜并光刻成柵電極(2)。濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度為100℃。然后，在柵極上面用直流磁控濺射反應(yīng)濺射方法連續(xù)制備一層300納米的SiO2作為柵絕緣層(3)。反應(yīng)濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100℃度。接著，制備采用正光刻膠制備漏版，在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)后，再放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極(5)和漏電極(6)。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。最后，在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到室溫襯底上形成厚度約30納米的半導(dǎo)體有源層(7)。器件剖面示意圖見附圖2。器件性質(zhì)見表1。其中，空穴載流子遷移率為6.5×10-4cm2/Vs，開關(guān)電流比為1.0×103，閾值電壓為-18V。
實(shí)施例2在7059玻璃襯底(1)上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜并光刻成柵電極(2)。濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度為100℃。然后，在柵極上面用直流磁控濺射反應(yīng)濺射方法連續(xù)制備一層300納米的SiO2作為柵絕緣層(3)。反應(yīng)濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100℃度。接著，制備采用正光刻膠制備漏版，在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)后，再放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極(5)和漏電極(6)。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。最后，在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到150℃襯底上形成厚度約30納米的半導(dǎo)體有源層(7)。器件性質(zhì)見表1。其中，空穴載流子遷移率為4.2×10-3cm2/Vs，開關(guān)電流比為5.0×103，閾值電壓為-18V。
實(shí)施例3在7059玻璃襯底(1)上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜并光刻成柵電極(2)。濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度為100℃。然后，在柵極上面用直流磁控濺射反應(yīng)濺射方法連續(xù)制備一層300納米的Ta2O5作為柵絕緣層(3)。反應(yīng)濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100℃度。接著，制備采用正光刻膠制備漏版，在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)后，再放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極(5)和漏電極(6)。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。最后，在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到室溫襯底上形成厚度約30納米的半導(dǎo)體有源層(7)。器件性質(zhì)見表1。其中，空穴載流子遷移率為7.3×10-4cm2/Vs，開關(guān)電流比為5.0×103，閾值電壓為-16V。
實(shí)施例4在7059玻璃襯底(1)上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜并光刻成柵電極(2)。濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度為100℃。然后，在柵極上面用直流磁控濺射反應(yīng)濺射方法連續(xù)制備一層300納米的Ta2O5作為柵絕緣層(3)。反應(yīng)濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100℃度。接著，制備采用正光刻膠制備漏版，在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)后，再放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極(5)和漏電極(6)。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。最后，在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到150℃襯底上形成厚度約30納米的半導(dǎo)體有源層(7)。器件性質(zhì)見表1。源/漏電壓為-50V時(shí)的轉(zhuǎn)移特性見圖3a，輸出特性見圖3b。其中，空穴載流子遷移率為1.3×10-2cm2/Vs，開關(guān)電流比為1.2×104，閾值電壓為-15V。
實(shí)施例5在7059玻璃襯底(1)上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜并光刻成柵電極(2)。濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度為100℃。然后，在柵極上面用直流磁控濺射反應(yīng)濺射方法連續(xù)制備一層300納米的Ta2O5作為柵絕緣層(3)。反應(yīng)濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100℃度。接著放入含重量百分比為2％的十八烷基硅烷的溶液中，其溶劑為體積比3比7為三氯甲烷與正己烷的混合液。4個(gè)小時(shí)后取出，用二甲苯洗去溶劑。用氮?dú)獯蹈桑湃?0℃烘箱烘3分鐘。形成修飾層(4)。其中，十八烷基硅烷從Aldrich購得，直接使用。接著，制備采用正光刻膠制備漏版，然后以光刻膠為漏板在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)，把樣品放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極(5)和漏電極(6)。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。最后，在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到室溫襯底上形成厚度約30納米的半導(dǎo)體有源層(7)。器件性質(zhì)見表1。其中，空穴載流子遷移率為8.2×10-3cm2/Vs，開關(guān)電流比為2.4×104，閾值電壓為-15V。
實(shí)施例6在7059玻璃襯底(1)上用射頻磁控濺射方法鍍上一層Ta金屬膜并光刻成柵電極(2)。濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；Ar氣氣壓1Pa；射頻功率500W；襯底溫度為100℃。然后，在柵極上面用直流磁控濺射反應(yīng)濺射方法連續(xù)制備一層300納米的Ta2O5作為柵絕緣層(3)。反應(yīng)濺射的條件為本底真空2×10-3Pa；O2氣壓0.9Pa；直流功率500W；襯底溫度100℃度。接著放入含重量百分比為2％的十八烷基硅烷的溶液中，其溶劑為體積比3比7為三氯甲烷與正己烷的混合液。4個(gè)小時(shí)后取出，用二甲苯洗去溶劑。用氮?dú)獯蹈桑湃?0℃烘箱烘3分鐘。形成修飾層(4)。其中，十八烷基硅烷從Aldrich購得，直接使用。接著，制備采用正光刻膠制備漏版，然后以光刻膠為漏板在10-5Pa的高真空下熱蒸發(fā)一層100納米的金(Au)，把樣品放入丙酮溶劑中剝離掉非圖形區(qū)的金形成源電極(5)和漏電極(6)。溝道寬度為1000微米，溝道長度為100微米。最后，在10-5Pa的高真空下加熱盛有CuPc粉末的石英舟，使之升華到150℃襯底上形成厚度約30納米的半導(dǎo)體有源層(7)。源/漏電壓為-50V時(shí)的轉(zhuǎn)移特性見圖3a，輸出特性見圖3b。其中，空穴載流子遷移率為7.5×10-2cm2/Vs，開關(guān)電流比為1.2×105，閾值電壓為-13V。
附表1


本發(fā)明不限于各個(gè)實(shí)施例。一般來說，本發(fā)明所公開有機(jī)晶體管可以加工形成二維和三維的集成器件中的元件。這些集成器件可能應(yīng)用在柔性集成電路、有源矩陣顯示和傳感器等方面。使用基于本發(fā)明的薄膜晶體管元件可以低溫加工。加工本發(fā)明的薄膜晶體管不限于傳統(tǒng)的光刻工藝，也可以采用打印、印刷等加工方法。
權(quán)利要求
1.一種源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的有機(jī)薄膜晶體管器件，由(1)-襯底，(2)-柵極，(3)-柵絕緣層，(4)-修飾層，(5)-源極，(6)-漏極，(7)-有機(jī)半導(dǎo)體層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所述修飾層為有機(jī)材料和高分子材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所述修飾層(4)所用材料滿足分子式X-Y-Zn分子形成，其中X為下列端基1)、-H，-CH3，...；2)、-NH2，-CN，-Cl，...；3)、-NCO，-NH2，-CH＝CH2，...；Y為起連接作用的1-50個(gè)碳原子的直鏈或支鏈的烷基、鹵代烷基或芳香環(huán)；Z為反應(yīng)活性端基，基團(tuán)結(jié)構(gòu)為1)、-Si(OC2H5)3，-Si(OCH3)3，...；2)、-SiCl3，-Si(C2H5)2Cl，...；3)、-PO3H2，-OPO3H2，...；4)、苯并三唑(-C6H4N3)及其衍生物；5)、-OH，-SH，-SeH，...；6)、-COOH，-SO3H，...；7)、-CONHOH，-COSH，-COSeH，...；8)、-C5H4N，-NC；n等于1、2或3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所述修飾層的加工方法是浸泡、旋涂、熱蒸發(fā)、印刷或澆鑄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所述的修飾層厚度在1納米至100納米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所述的有機(jī)半導(dǎo)體層位于源漏電極之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所采用的有機(jī)半導(dǎo)體層可以是N型，也可以是P型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管器件，其特征在于所述有機(jī)半導(dǎo)體層可以是高分子聚合物，也可以是小分子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機(jī)半導(dǎo)體，其特征在于所述有機(jī)半導(dǎo)體層是由兩種或兩種以上有機(jī)半導(dǎo)體共混、共晶或?qū)訝顝?fù)合構(gòu)成。
10.一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，主要包括以下步驟第一步，在襯底(1)上形成柵電極(2)；第二步，在襯底(1)和柵電極(2)上形成絕緣柵層(3)；第三步，在絕緣柵層(3)上形成修飾層(4)；第四步，在修飾層(4)上形成源電極(5)和漏電極(6)；第五步，在修飾層(4)、源電極(5)和漏電極(6)上形成有機(jī)半導(dǎo)體層(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種源/漏電極與柵絕緣層間含有修飾層的有機(jī)薄膜晶體管器件及其制作方法。在源/漏電極和柵絕緣層之間引入修飾層。它既可以增大器件的開態(tài)電流又可以減小柵/源、柵/漏之間漏電流。
文檔編號H01L51/30GK1545153SQ200310110049
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者閆東航, 王軍, 張吉東 申請人:中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所