專利名稱：亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種有機半導(dǎo)體材料為主體制作的亞微米厚度有機半導(dǎo)體 薄膜三極管。
技術(shù)背景
現(xiàn)有的技術(shù)中，以小分子酞菁系列色素如酞菁銅CuPc為代表的有機半導(dǎo) 體和共軛高分子聚合物的電氣特性，特別是有機電子器件的研究，在近年來得 到大幅度的發(fā)展，統(tǒng)稱為塑料電子學(xué)。目前在有機金屬、有機超導(dǎo)、有機發(fā)光 等研究領(lǐng)域，已經(jīng)取得令人注目的研究成果。
目前歐美等發(fā)達(dá)國家研究的有機薄膜三極管主要是采用OTFT結(jié)構(gòu)，由于 有機半導(dǎo)體薄膜在室溫下可以采用真空蒸鍍法，旋涂和噴墨印刷，適用于柔性 基板。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜的發(fā) 光三極管。上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)-
亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，其組成包括玻璃基板，所述的玻璃 基板上具有金、酞菁銅、鋁、酞菁銅、金的層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合層。
上述的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，所述的鋁的厚度為20土10nm， 酞菁銅的厚度上層為70土5nm，下層為130士5nm。
上述的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，首先在所述的玻璃基板上制作 金蒸發(fā)膜電極，然后制作第一層酞菁銅蒸發(fā)膜，完成后制作鋁蒸發(fā)膜，在所述 的鋁蒸發(fā)膜制作第二層酞菁銅膜，最后再制作金蒸發(fā)膜。
上述的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，制作所述的酞菁銅膜的蒸發(fā)溫 度為40(TC，蒸發(fā)速度為3nm/min,時間為22-57分鐘，形成的酞菁銅的厚度上 層為70土5nm，下層為130土5nm。
這個技術(shù)方案有以下有益效果
1.本實用新型的產(chǎn)品可以適用于柔性基板，適合大批量生產(chǎn)成本低，能應(yīng)用于平板顯示器的驅(qū)動電路，可以制成價格低廉的邏輯集成電路和記憶芯
片，具有廣泛的應(yīng)用前景。
2. 本實用新型的產(chǎn)品，是一種具有垂直導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)電鋁薄膜柵 極的有機半導(dǎo)體酞菁銅薄膜三極管(簡稱VOTFT)，具有導(dǎo)電溝道短，動作速 度快等優(yōu)點。
3. 通過控制酞菁銅薄膜的和半導(dǎo)體鋁柵極薄膜的厚度，提高該三極管的 動作電流和開關(guān)速度。實驗結(jié)果表明，與梳狀鋁柵極有機靜電感應(yīng)二極管相比， 直流工作電流提高三個數(shù)量級。
4. 本實用新型研制的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，其直流驅(qū)動特 性相當(dāng)于多晶硅薄膜三極管，這種三極管有望用于有機集成電路以及有機發(fā)光 二極管或者液晶面板的驅(qū)動單元。
5. 本實用新型產(chǎn)品的工作特性測定這種測定是在大氣中進(jìn)行的，環(huán)境 溫度在2(TC，為了避免光線照射產(chǎn)生的光電效應(yīng)對本產(chǎn)品的影響，試樣放在密 閉的金屬箱中，測定本產(chǎn)品靜態(tài)特性的偏壓條件是是柵極電壓Vcs從OV變化 到1V，源漏極間電壓Vds從0V増加到2V，在不同的柵極電壓Vcs條件下，測 定源漏極電壓V^與源漏極間電流Ins的變化關(guān)系。梳狀鋁柵極與兩惻的酞菁銅 薄膜的肖特基電流電壓整流特性的測定結(jié)果如圖2所示，圖中Vcs-lcs是柵極與
下部源極間電壓電流，VGD-IcD是柵極與上部漏極間電壓-電流。根據(jù)圖2顯示
的測定結(jié)果表明，酞菁銅薄膜呈現(xiàn)了 P型半導(dǎo)體導(dǎo)電特性，和鋁電極形成的肖 特基勢壘的結(jié)果一致。本產(chǎn)品靜態(tài)工作特性的測定，使源柵極間偏置電壓Vcs 步幅為0.2V，從OV變化到IV，源漏極間偏置電壓Vds從-2V增加到2V，分別 測定源漏極電壓VDS與源漏極間電流IDS之間的變化關(guān)系,測定結(jié)果如圖3所示。
根據(jù)測定結(jié)果，源漏極間電流lDS隨柵極反向偏置電壓增加，即隨柵極區(qū)域的肖
特基勢壘的增高而減小。
附圖4是柵極和源極偏壓Vcs在OV到IV，之間變化時，特定的柵-源偏壓 Vcs與工作電流lDs的轉(zhuǎn)移特性曲線，根據(jù)附圖4，隨著Vcs的增加，工作電流 Ids迅速降低，反映了柵極偏壓很強的控制能力，本產(chǎn)品工作在正源-漏極電壓， 在負(fù)源-漏極電壓下不動作。
附圖5顯示了具有薄膜鋁柵極的本產(chǎn)品在工作狀態(tài)下，柵極電流Ic和源漏極間電流1GS的關(guān)系，在同樣偏置電壓VDS=-2~2V的條件下，柵極偏壓分 別為0V和柵極開路時，測定的IDS和IG遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作電流1DS，約為其1/1000。 而柵極偏壓分別為0V和柵極開路時，源柵極間電流IDS相差三個數(shù)量級，因 此可以認(rèn)為是柵極開路時，與雙極型三極管的積極開路一樣，柵極區(qū)域的耗盡 層電位處于懸浮狀態(tài)，源漏極間偏置電壓VDS不能改變柵極區(qū)域的耗盡層的肖 特基勢壘，使得源柵極間電流近似于被阻斷。
由于半導(dǎo)電鋁薄膜的厚度僅為20mn，而酞菁銅/鋁的肖特基勢壘區(qū)，在半 導(dǎo)電鋁膜一側(cè)產(chǎn)生的正離子化空間電荷呈S函數(shù)分布，電子向薄膜中間凝聚， 與大塊金屬鋁不同，半導(dǎo)電率薄膜的能帶發(fā)生分裂，根據(jù)測試結(jié)果，半導(dǎo)電率 薄膜的導(dǎo)電率約為每毫米 kQ，其導(dǎo)電特性相當(dāng)于重參雜n型半導(dǎo)體，在酞菁銅 和鋁的肖特基勢壘漏極區(qū)域，由于覆蓋在呈群山狀態(tài)的酞菁銅薄膜表面的半導(dǎo) 電鋁薄膜的表面也為群山狀態(tài)，使得肖特基內(nèi)建電場山尖部最強，產(chǎn)生微尖電 極效應(yīng)，加速載流子發(fā)射。半導(dǎo)電鋁薄膜一側(cè)產(chǎn)生的鏡像電荷層，使得漏極區(qū) 域的酞菁銅\鋁界面的實效肖特基勢磊高度降低，由源極發(fā)射的載流子，遂穿酞 菁銅\鋁\酞菁銅雙肖特基勢磊柵極區(qū)域的載流子，形成本產(chǎn)品的工作電流，源 極發(fā)射的載流子，在柵極區(qū)域的復(fù)合率為1/683，遂穿酞菁銅肖特基勢磊柵極區(qū) 域的載流子密度概率于肖特基勢磊的厚度成指數(shù)關(guān)系。由圖5的結(jié)果算出的這 個本產(chǎn)品的參數(shù)在偏置電壓為VDS=2V， V(;s=0V時，直流工作電流密度IDS=1. lmA/cnf 本產(chǎn)品電流的增益為P。=683，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙極型無機二極管，顯示出深亞微米級 柵極酞菁銅/鋁/酞菁銅雙肖特基勢磊區(qū)域的導(dǎo)電通道，特別是半導(dǎo)電鋁薄膜柵 極的載流子控制作用，有比無機半導(dǎo)體更有趣味的物理機制。
6.本實用新型提供的半導(dǎo)電薄膜肖特基鋁柵極簡稱VOTFT，通過控制酞菁 銅的厚度，獲得了良好的三極管靜態(tài)工作特性，電流增益為683，直流動作電流 iDS- mA/ci^試驗結(jié)果表明，本實用新型所具有的短導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)，有利于克 服有機半導(dǎo)體材料載流子遷移率低的缺點，薄膜鋁柵極表面的微尖柵極效應(yīng)， 加速了載流子的發(fā)射，使得本產(chǎn)品呈現(xiàn)了高速、高電流密度特性，不飽和電壓 電流特性，本產(chǎn)品認(rèn)為是有機固體類真空三極管。隨著高性能新型有機半導(dǎo)體 材料的開發(fā)，本產(chǎn)品可用于有機發(fā)光顯示器，和液晶面板的驅(qū)動單元，電子標(biāo) 簽，有機集成電路芯片等更廣泛的領(lǐng)域。


附圖l是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是梳狀鋁柵極與兩側(cè)的酞菁銅薄膜的肖特基整流特性測試結(jié)果圖。 附圖3是源漏極電壓VDS與源漏極間電流lDS之間的變化關(guān)系示意圖。附圖4是柵-源偏壓Vcs與工作電流IDS的轉(zhuǎn)移特性曲線關(guān)系示意圖。 附圖5是工作狀態(tài)下，柵極電流Ic和源漏極間電流IGS的關(guān)系示意圖。 本實用新型的具體實施方式
實施例1:本實用新型的產(chǎn)品是采用真空蒸鍍法制作，夾有有機半導(dǎo)體酞菁銅夾層的 亞微米垂直導(dǎo)電溝道半導(dǎo)電鋁柵極有機半導(dǎo)體酞菁銅薄膜三極管，其結(jié)構(gòu)依次 為金膜層，酞菁銅膜層，鋁膜層，酞菁銅膜層和金膜層， 一共為五層膜的復(fù)合層結(jié)構(gòu)。在偏置電壓VDs-2V，Vcs-0V時，電流增益為Po=683，直流工作電流 IDS=l.lmA/mm2，由于半導(dǎo)電鋁薄膜的厚度約為20nm，可以認(rèn)為研制的薄膜三 極管的工作電流，是由源極發(fā)射的載流子隧穿CuPc/Al/CuPc雙肖特基勢壘柵極 區(qū)域形成的。實驗結(jié)果表明，亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管驅(qū)動電壓低， 柵極電壓的控制能力極強，工作電流密度大，呈類似于針孔三極管的不飽和電 壓電流特性，因此認(rèn)為本產(chǎn)品是有機固體類真空三極管，其直流特性接近無機 半導(dǎo)體多晶硅器件。本實用新型采用的酞菁銅，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性，呈典型的本 征P性有機半導(dǎo)體材料，本實用新型的產(chǎn)品中的柵極是鋁蒸發(fā)膜，通過調(diào)整鋁 蒸發(fā)源于試樣之間的距離和蒸發(fā)時間控制各層蒸發(fā)膜的厚度。源極和漏極采用 與酞菁銅蒸發(fā)膜成歐姆性接觸的金蒸發(fā)膜，制作順序是首先在玻璃基板1上 制作金蒸發(fā)膜源電極，然后制作第一層酞菁銅蒸發(fā)膜2，然后制作薄膜鋁柵極3， 在制作第二層酞菁銅蒸發(fā)膜4，最后制作金蒸發(fā)膜漏電極5。制作的工藝條件為， 基板溫度為室溫， 一般在20"C左右，本實用新型的制作過程是在這個溫度下完 成的，蒸發(fā)溫度例外，酞菁銅的蒸發(fā)溫度為40(TC，鋁柵極上下兩側(cè)的酞菁銅的 薄膜厚度可以由蒸發(fā)時間作比較精確的控制，因為蒸發(fā)速度為3nm/miri，形成的 酞菁銅的厚度上層為70土5nm，下層為130土5mn的時間約為22-57分鐘，鋁 柵極的厚度為20土10mn。
權(quán)利要求1. 一種亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，其組成包括玻璃基板，其特征是所述的玻璃基板上具有金、酞菁銅、鋁、酞菁銅、金的層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，其特征是 所述的鋁的厚度為20土10nm，酞菁銅的厚度上層為70士5nm,下層為 130土5nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，其特征 是首先在所述的玻璃基板上制作金蒸發(fā)膜電極，然后制作第一層酞菁銅蒸發(fā) 膜，完成后制作鋁蒸發(fā)膜，在所述的鋁蒸發(fā)膜制作第二層酞菁銅膜，最后再制 作金蒸發(fā)膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，其特征是 制作所述的酞菁銅膜的蒸發(fā)溫度為40(TC，蒸發(fā)速度為3nm/min，時間為22-57 分鐘，形成的酞菁銅的厚度上層為70士5iim，下層為130土5nm。
專利摘要亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜三極管，涉及一種有機半導(dǎo)體材料為主體制作的亞微米厚度有機半導(dǎo)體薄膜發(fā)光三極管。目前歐美等發(fā)達(dá)國家研究的有機薄膜三極管主要是采用OTFT結(jié)構(gòu)。本實用新型組成包括玻璃基板1，玻璃基板上具有金2、酞菁銅3、鋁4、酞菁銅5、金6的層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合層。鋁膜的厚度為20±10nm，酞菁銅的厚度上層為70±5nm，下層為130±5nm。本產(chǎn)品用作有機的甚至是軟體襯底的顯示器，隨著高性能新型有機半導(dǎo)體材料的開發(fā)，本產(chǎn)品可用作高速、高電流密度特性的三極管，可以用于有機顯示器、液晶面板的驅(qū)動單元，電子標(biāo)簽，有機集成電路芯片等更廣泛的領(lǐng)域。
文檔編號H01L51/05GK201100919SQ20062002219
公開日2008年8月13日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者宋明歆, 桂太龍, 殷景華, 喧 王, 王東興, 洪 趙 申請人:哈爾濱理工大學(xué)