專(zhuān)利名稱(chēng)：一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法
體管及其制備方法駄艦本發(fā)明涉及電子元器件，具體涉及電子元器件中的有機(jī)薄膜晶體管及其制 備方法。
技術(shù)背景伴隨著信息終端的普及，作為計(jì)算機(jī)用的顯示器，對(duì)平板顯示器的需求不 斷高漲。此外，伴隨著信息化的進(jìn)展，以往以紙介質(zhì)提供的信息改以電子化形 式提供的機(jī)會(huì)增加，作為薄且輕、可以輕便攜帶的便攜用顯示媒體，對(duì)電子文 件或數(shù)字文件的需求不斷高漲。一般在平板型的顯示裝置中，使用利用了液晶、有機(jī)EL、電泳等的元件形 成顯示媒體。此外，對(duì)于這樣的顯示媒體，為了確保畫(huà)面輝度的均勻性或畫(huà)面 書(shū)寫(xiě)轉(zhuǎn)換速度等，使用由薄膜晶體管(TFT)構(gòu)成的有源驅(qū)動(dòng)元件作為圖像驅(qū)動(dòng)元 件的技術(shù)已成為主流。這里，TFT元件通常通過(guò)在玻璃基板上按順序形成主要是a-S i(非晶硅)、p-Si (多晶硅)等半導(dǎo)體薄膜，以及源電極、漏電極、柵電極等金屬薄膜而制造。在使 用該TFT的平板顯示器的制造中，通常除了CVD、濺射等需要真空設(shè)備和高溫 處理工序的薄膜形成工序外還需要精度高的光刻蝕工序，設(shè)備成本、生產(chǎn)線成 本的負(fù)擔(dān)非常大。此外，伴隨著近年來(lái)顯示器大畫(huà)面化的需求，這些成本變得 非常高昂。近年來(lái)，使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的薄膜晶體管(OTFT)的開(kāi)發(fā)在加速進(jìn)行。使 用有機(jī)材料，工藝溫度降低了。因此，預(yù)期可在大面積上廉價(jià)制作晶體管。有 機(jī)薄膜晶體管預(yù)計(jì)會(huì)用作超薄顯示器和電子紙、射頻識(shí)別卡(RF. ID)、 IC卡等的驅(qū)動(dòng)電路。為使有機(jī)薄膜晶體管工作，在源電極接地，漏電極施加漏極電壓 的條件下，對(duì)柵電極施加的電壓要超過(guò)閾值電壓。此時(shí)，有機(jī)薄膜晶體管的電 導(dǎo)率因柵極電場(chǎng)而改變，使得電流在源電極與漏電極間流動(dòng)。因此，作為開(kāi)關(guān)，就可根據(jù)柵壓對(duì)源電極與漏電極間流動(dòng)的電流進(jìn)行通、斷控制。迄今，已報(bào)導(dǎo)了用Si片之外的材料作為襯底來(lái)制作有機(jī)薄膜晶體管的研究 成果。然而，幾乎沒(méi)有遷移率超過(guò)O.l cn^/Vs的實(shí)例。當(dāng)在PET上制作晶體管 時(shí)，最高遷移率為0.05cm"Vs。但是在Si晶片上做有機(jī)薄膜晶體管， 一般的工 藝是采用在Si基板上做Si02來(lái)做絕緣層，這需要熱氧化工藝來(lái)完成。這就需要 把Si片置于通有氧氣的高溫環(huán)境內(nèi)(900。C 1200。C)，硅片表面的硅和氧氣發(fā) 生反應(yīng)，形成Si02，氧化在氧化爐管中完成。這個(gè)工藝過(guò)程需要高溫環(huán)境和高溫 設(shè)備，對(duì)于大規(guī)模制作有機(jī)薄膜晶體管來(lái)講，從工藝和制作時(shí)間上都是很長(zhǎng)的。 因此，改善絕緣層制作工藝對(duì)簡(jiǎn)化有機(jī)薄膜晶體管的制作工藝十分重要，并對(duì) 制作大面積的有極薄膜晶體管具有積極的意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提供一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法，該晶體管利用有機(jī)介電材料來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02的高溫氧化工藝制作有極薄膜晶體管的絕緣層，簡(jiǎn)化了有機(jī)薄膜晶體管的制作過(guò)程，為有機(jī)薄膜晶體管的 產(chǎn)業(yè)化降低了成本和工藝要求。本發(fā)明所提出的技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的構(gòu)造一種有機(jī)薄膜晶體管，包括 Si基板，其特征在于所述Si基板的背面設(shè)置柵電極，所述Si基板的正面設(shè)置 有單層或者多層有機(jī)柵絕緣膜，所述有機(jī)柵絕緣膜的上端蒸鍍有漏電極和源電 極，所述漏電極、源電極和有機(jī)柵絕緣膜的表面覆蓋有有機(jī)半導(dǎo)體膜。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述有機(jī)柵絕緣膜厚度在lnm 1000mn，材料為介電高分子材料，該有機(jī)高分子材料包括聚乙烯基吡 咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和聚乙烯醇(PVA)、聚 酰亞胺(PI)、 APC、 PAA、 PC、 Pl^中的一種或者多種。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述聚乙烯基吡咯烷 酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亞 胺(PI)、 APC、 PAA、 PC、 PU的分子結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 7</formula>按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述源電極、漏電極 和柵電極為金屬或者導(dǎo)電薄膜，如A1金屬、Au金屬、Cu金屬、Cr金屬、Ag 金屬等，或者是具有良好的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和與例如氧化銦錫(ITO)或氧 化鋅錫(IZO)等導(dǎo)電薄膜。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述有機(jī)半導(dǎo)體材料
為以下材料中的一種或者多種并四苯、并五苯，及其具有取代基的衍生物； 低聚噻吩，其包含連接在噻吩環(huán)的第2、 5位置的四至八個(gè)噻吩；茈四甲酸二酐 (PTCDA)，萘四甲酸二酐(NTCDA)，及其酰亞胺衍生物；金屬化酞菁及其鹵代 衍生物；亞噻吩基和1， 2-亞乙烯基的低共聚物和共聚物。其典型的分子式如下Six-thiophene一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟① 先對(duì)Si基板進(jìn)行徹底的清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；?在Si基板的表面通過(guò)真空蒸鍍或者濺射的方法蒸鍍柵電極；③ 通過(guò)光刻的方法刻蝕柵電極的圖形；④ 在鍍有柵電極的Si基板的另一側(cè)通過(guò)直接旋涂的方法旋涂上有機(jī)柵絕緣 膜，或者通過(guò)旋涂聚合物單體然后通過(guò)聚合的方法形成有機(jī)柵絕緣膜； ⑤ 對(duì)形成的有機(jī)柵絕緣膜進(jìn)行加熱烘烤；⑥ 然后在有機(jī)柵絕緣膜上蒸鍍?cè)措姌O和漏電極；⑦ 通過(guò)光刻形成源電極，漏電極圖案；⑧ 把已形成柵電極，源電極，漏電極以及已覆蓋有機(jī)柵絕緣膜的Si基板放 入真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體膜。按照本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，在步驟④ 中，有機(jī)柵絕緣膜通過(guò)旋涂方法一次成膜或者分多次成膜于Si基板上。 本發(fā)明的有益效果如下①采用有機(jī)材料作為柵絕緣膜，代替Si02薄膜的高溫?zé)嵫趸椒?，可以?常溫下制作；②有機(jī)絕緣膜的制作采用旋涂方式或者是旋涂聚合物單體以后， 再聚合，便于大面積的制作，而且大大簡(jiǎn)化制作工藝，降低制作成本；③簡(jiǎn)化 有機(jī)薄膜晶體管的制作方法，便于制作。


圖1是本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管的制作流程圖；圖3本發(fā)明所提供的有機(jī)薄膜晶體管的傳輸特性曲線和遷移率。其中，100、 Si基板，110、柵電極，120、有機(jī)柵絕緣膜，130、源電極，140、漏電極，150、有機(jī)半導(dǎo)體膜。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 實(shí)施例1如圖l所示結(jié)構(gòu)中，采用Si襯底100，采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA作為 有機(jī)柵絕緣膜120，柵電極110采用DC磁控濺射的ITO透明導(dǎo)電薄膜。源電極 130采用Cr金屬薄膜作為電極層，漏電極140也采用Cr金屬薄膜作為電極層。 有機(jī)半導(dǎo)體膜150采用并五苯(pentacene)。
制備方法如圖2所示① 先對(duì)Si基板進(jìn)行徹底的清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；?在Si基板的表面通過(guò)DC磁控濺射的方法蒸鍍柵電極；③ 通過(guò)光刻的方法刻蝕ITO柵電極圖形；④ 在鍍有柵電極的Si基板的另一側(cè)通過(guò)旋涂的方法旋涂上聚甲基丙烯酸甲 酯PMMA有機(jī)柵絕緣膜；⑤ 對(duì)形成的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有機(jī)柵絕緣膜進(jìn)行加熱烘烤；⑥ 然后在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有機(jī)柵絕緣膜上蒸鍍Cr金屬源電極和 Cr金屬漏電極；⑦ 通過(guò)光刻形成源電極，漏電極圖案；⑧ 把已形成柵電極，源電極，漏電極以及已覆蓋有機(jī)柵絕緣膜的Si基板放 入真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體膜并五苯。⑨ 測(cè)試有機(jī)薄膜晶體管的特性參數(shù)。
實(shí)施例2
如圖1所示結(jié)構(gòu)中，采用Si襯底100，采用聚酰亞胺(PI)作為有機(jī)柵絕 緣膜120，柵電極110采用DC磁控濺射的ITO透明導(dǎo)電薄膜。源電極130采用 Ag金屬薄膜作為電極層，漏電極140也采用Ag金屬薄膜作為電極層。有機(jī)半 導(dǎo)體膜150采用酞菁銅(CuPc)。制備方法如圖2所示① 先對(duì)Si基板進(jìn)行徹底的清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；?在Si基板的表面通過(guò)熱蒸發(fā)的的方法蒸鍍Ag作為柵電極；③ 通過(guò)光刻的方法刻蝕ITO柵電極圖形；④ 在鍍有柵電極的Si基板的另一側(cè)通過(guò)旋涂的方法旋涂上聚酰亞胺(PI)有 機(jī)柵絕緣膜； ⑤ 對(duì)形成的聚酰亞胺(PI)有機(jī)柵絕緣膜進(jìn)行加熱烘烤；⑥ 然后在聚酰亞胺(PI)有機(jī)柵絕緣膜上蒸鍍Ag金屬源電極和Ag金屬漏電極；⑦ 通過(guò)光刻形成源電極，漏電極圖案；⑧ 把己形成柵電極，源電極，漏電極以及已覆蓋有機(jī)柵絕緣膜的Si基板放 入真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體膜酞菁銅(CuPc)。⑨ 測(cè)試有機(jī)薄膜晶體管的特性參數(shù)。 實(shí)施例3如圖l所示結(jié)構(gòu)中，采用Si襯底100，采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA作為 有機(jī)柵絕緣膜120，柵電極110采用DC磁控濺射的ITO透明導(dǎo)電薄膜。源電極 130采用Cr金屬薄膜作為電極層，漏電極140也采用Cr金屬薄膜作為電極層。 有機(jī)半導(dǎo)體膜150采用并五苯(pentacene)。制備方法如圖2所示① 先對(duì)Si基板進(jìn)行徹底的清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈?；?在Si基板的表面通過(guò)DC磁控濺射的方法蒸鍍柵電極；③ 通過(guò)光刻的方法刻蝕ITO柵電極圖形；④ 在鍍有柵電極的Si基板的另一側(cè)通過(guò)旋涂的方法旋涂上聚甲基丙烯酸甲 酯PMMA的單體，然后通過(guò)聚合的方法形成有機(jī)柵絕緣膜；⑤ 對(duì)形成的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有機(jī)柵絕緣膜進(jìn)行加熱烘烤；⑥ 然后在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA有機(jī)柵絕緣膜上蒸鍍Cr金屬源電極和 Cr金屬漏電極；⑦ 通過(guò)光刻形成源電極，漏電極圖案；⑧ 把已形成柵電極，源電極，漏電極以及已覆蓋有機(jī)柵絕緣膜的Si基板放 入真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體并五苯。 ⑨測(cè)試有機(jī)薄膜晶體管的特性參數(shù)(
權(quán)利要求
1、一種有機(jī)薄膜晶體管，包括Si基板，其特征在于所述Si基板的背面設(shè)置柵電極，所述Si基板的正面設(shè)置有單層或者多層有機(jī)柵絕緣膜，所述有機(jī)柵絕緣膜的上端蒸鍍有漏電極和源電極，所述漏電極、源電極和有機(jī)柵絕緣膜的表面覆蓋有有機(jī)半導(dǎo)體膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述有機(jī)柵絕緣 膜厚度在lnm 1000nm，材料為介電高分子材料，該有機(jī)高分子材料包括聚乙烯 基吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚乙烯醇、聚酰亞胺、APC、 PAA、 PC、 PU中的一種或者多種。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述聚乙烯基吡 咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚酰亞胺、APC、 PAA、 PC、 PU的分子結(jié)構(gòu)式分別為(I ) ~ (IX):<formula>formula see original document page 2</formula>(II)(III)<formula>formula see original document page 2</formula>
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述源電極、漏 電極和柵電極為金屬或者導(dǎo)電薄膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述有機(jī)半導(dǎo)體膜材料為具有高載流子遷移率的功能材料，包括以下材料中的一種或者多種-并四苯、并五苯，及其具有取代基的衍生物；低聚噻吩(thiopheneoligomer),其 包含連接在噻吩環(huán)的第2、 5位置的噻吩；噻吩聚合物；茈四甲酸二軒，萘四甲 酸二酐，及其酰亞胺衍生物；金屬化酞菁及其鹵代衍生物；亞噻吩基和l， 2-亞 乙烯基的低共聚物和共聚物；C60， C70，及其衍生物；二萘嵌苯(perylene)，及 其衍生物，.coronene，及其衍生物。
6、 一種有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟① 先對(duì)Si基板進(jìn)行徹底的清洗，清洗后用干燥氮?dú)獯蹈桑虎?在Si基板的表面通過(guò)真空蒸鍍或者濺射的方法蒸鍍柵電極；③ 通過(guò)光刻的方法刻蝕柵電極的圖形；④ 在鍍有柵電極的Si基板的另一側(cè)通過(guò)直接旋涂的方法旋涂上有機(jī)柵絕緣 膜，或者通過(guò)旋涂聚合物單體然后通過(guò)聚合的方法形成有機(jī)柵絕緣膜；⑤ 對(duì)形成的有機(jī)柵絕緣膜進(jìn)行加熱烘烤；⑥ 然后在有機(jī)柵絕緣膜上蒸鍍?cè)措姌O和漏電極；⑦ 通過(guò)光刻形成源電極，漏電極圖案；⑧ 把已形成柵電極，源電極，漏電極以及己覆蓋有機(jī)柵絕緣膜的Si基板放 入真空腔體蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體膜。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，在步 驟④中，有機(jī)柵絕緣膜通過(guò)旋涂方法一次成膜或者分多次成膜于Si基板上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)薄膜晶體管，包括Si基板，其特征在于所述Si基板的背面設(shè)置柵電極，所述Si基板的正面設(shè)置有單層或者多層有機(jī)柵絕緣膜，所述有機(jī)柵絕緣膜的上端蒸鍍有漏電極和源電極，所述漏電極、源電極和有機(jī)柵絕緣膜的表面覆蓋有有機(jī)半導(dǎo)體膜。該晶體管引入了有機(jī)絕緣層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO₂絕緣層，降低了工藝溫度，簡(jiǎn)化了制作過(guò)程，可在常溫下制備，并且適合大面積器件的制作。
文檔編號(hào)H01L51/05GK101150174SQ20071004991
公開(kāi)日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者于軍勝, 磊 張, 蔣亞?wèn)| 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)