專利名稱：薄膜晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管的 薄膜晶體管的制備方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(Thin Film Transistor, TFT )是現(xiàn)代孩i電子技術(shù)中的一種關(guān) 鍵性電子元件，目前已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于平板顯示器等領(lǐng)域。薄膜晶體管主 要包括柵極、絕緣層、半導(dǎo)體層、源極和漏極。其中，源才及和漏極間隔設(shè)置 并與半導(dǎo)體層電連接，柵極通過絕緣層與半導(dǎo)體層及源極和漏極間隔絕緣設(shè)
置。所述半導(dǎo)體層位于所述源極和漏極之間的區(qū)域形成一溝道區(qū)域。薄膜晶 體管中的柵極、源極、漏極均由導(dǎo)電材料構(gòu)成，該導(dǎo)電材料一般為金屬或合 金。當(dāng)在柵極上施加一電壓時，與柵極通過絕緣層間隔設(shè)置的半導(dǎo)體層中的 溝道區(qū)域會積累載流子，當(dāng)載流子積累到一定程度，與半導(dǎo)體層電連接的源 極漏極之間將導(dǎo)通，從而有電流從源極流向漏才及。在實際應(yīng)用中，對薄膜晶 體管的要求是希望得到較大的開關(guān)電流比。影響上述開關(guān)電流比的因素除薄 膜晶體管的制備工藝外，薄膜晶體管半導(dǎo)體層中半導(dǎo)體材料的載流子遷移率 為影響開關(guān)電流比的最重要的影響因素之一。
現(xiàn)有技術(shù)中，薄膜晶體管中形成半導(dǎo)體層的材料為非晶硅、多晶硅或有 機(jī)半導(dǎo)體聚合物等(R. E. I. Schropp, B. Stannowski, J. K. Rath， New challenges in thin film transistor research, Journal of Non-Crystalline Solids， 299-302, 1304-1310 (2002))。以非晶硅作為半導(dǎo)體層的非晶硅薄膜晶體管的制備技術(shù) 較為成熟，但在非晶硅薄膜晶體管中，由于半導(dǎo)體層中通常含有大量的懸掛 鍵，使得載流子的遷移率很低，從而導(dǎo)致薄膜晶體管的響應(yīng)速度較慢。以多 晶硅作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管相對于以非晶硅作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體 管，具有較高的載流子遷移率，因此響應(yīng)速度也較快。但多晶硅薄膜晶體管 低溫制備成本較高，方法較復(fù)雜，大面積制備困難，且多晶硅薄膜晶體管的 關(guān)態(tài)電流較大。相較于上述傳統(tǒng)的無機(jī)薄膜晶體管，采用有機(jī)半導(dǎo)體做半導(dǎo)體層的有機(jī)薄膜晶體管具有成本低、制備溫度低的優(yōu)點(diǎn)，且有機(jī)薄膜晶體管 具有較高的柔韌性。但由于有機(jī)半導(dǎo)體聚合物在常溫下多為跳躍式傳導(dǎo)，表 現(xiàn)出較高的電阻率、較低的載流子遷移率，使得有機(jī)薄膜晶體管的響應(yīng)速度 較慢。
碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)及電學(xué)性能。并且，隨著碳納米管螺旋方式的 變化，碳納米管可呈現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性。半導(dǎo)體性的碳納米管具有較高
的載流子遷移率( 一般可達(dá)1000 1500cn^V"s"),是制備晶體管的理想材料。 現(xiàn)有技術(shù)中已有報道采用半導(dǎo)體性碳納米管形成碳納米管層作為薄膜晶體 管的半導(dǎo)體層。上述采用碳納米管層作為半導(dǎo)體層的薄膜晶體管的制備方法
通過噴墨打印的方法將碳納米管與有機(jī)溶劑的混合液打印在絕緣基板上，待 有機(jī)溶劑揮發(fā)后，在絕緣基板的預(yù)定位置上形成一碳納米管層；通過沉積及 刻蝕金屬薄膜的方法在碳納米管層上形成源極及漏極；在碳納米管層上沉積 一層氮化硅形成一絕緣層；以及在絕緣層上沉積一金屬薄膜形成柵極。由于 碳納米管粉末易團(tuán)聚，因此需要額外的分散步驟。然而，該種通過超聲波分 散的方式仍無法很好的分散碳納米管，導(dǎo)致通過噴墨打印形成的半導(dǎo)體層中 的碳納米管無法均勻分布，從而影響薄膜晶體管的性能。另外，采用噴墨打 印的方式制備碳納米管層，方法較為復(fù)雜，因而不利于降低薄膜晶體管的生 產(chǎn)成本。
綜上所述，確有必要提供一種薄膜晶體管的制備方法，該制備方法簡單、 適于低成本大量生產(chǎn)，該薄膜晶體管具有較高的載流子遷移率，以及較好的 柔韌性。

發(fā)明內(nèi)容
一種薄膜晶體管的制備方法，其包括以下步驟制備一碳納米管原料； 將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型 處理獲得一碳納米管薄膜；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于一絕緣基底表面，形成 一碳納米管層；間隔形成一源極及一漏極，并使該源極及漏極與上述碳納米 管層電連接；形成一絕緣層于上述碳納米管層表面；以及形成一柵極于上述絕緣層表面，得到一薄膜晶體管。
一種薄膜晶體管的制備方法，其包括以下步驟制備一碳納米管原料； 將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型 處理獲得一碳納米管薄膜；提供一絕緣基底；形成一柵極于所述絕緣基底表 面；形成一絕緣層覆蓋所述柵極；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于絕緣層表面，形 成一碳納米管層；以及間隔形成一源極及一漏極，并使該源極及漏極與上述 碳納米管層電連接。
一種薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟制備一碳納米管原料；將
上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得 一碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；
將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理
獲得一碳納米管薄膜；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于一絕緣基底表面，圖案化該
碳納米管薄膜，形成多個碳納米管層；間隔形成多個源極及多個漏極，并使 上述每一碳納米管層均與一源極及一漏極電連接；在每一碳納米管層表面形
成一絕緣層；以及在每一絕緣層表面形成一柵極，得到多個薄膜晶體管。
本技術(shù)方案實施例提供的薄膜晶體管及薄膜晶體管陣列的制備方法具 有以下優(yōu)點(diǎn)其一，本技術(shù)方案通過絮化處理即可獲得碳納米管薄膜作半導(dǎo) 體層，無需額外的分散處理步驟，簡化了制備工藝，從而降低了薄膜晶體管 及薄膜晶體管陣列的生產(chǎn)成本。其二，經(jīng)絮化處理后獲得的碳納米管薄膜一
定的翻性，因此，可以通過直接翻附的方法將碳納米管薄膜設(shè)置于所需位置， 該方法簡單、成本低，因此，本技術(shù)方案提供的薄膜晶體管的制備方法具有 成本低、環(huán)保及節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。其三，所述碳納米管層中的碳納米管相互纏繞 且分布均勻，因此，該碳納米管層用作半導(dǎo)體層時，使得源極和漏極之間具 有較高的載流子遷移率、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本技術(shù)方案第一實施例薄膜晶體管的制備方法的流程圖。 圖2是本技術(shù)方案第 一實施例薄膜晶體管的制備工藝的流程圖。 圖3是本技術(shù)方案第一實施例薄膜晶體管中碳納米管薄膜的掃描電鏡照片。
7圖4是本技術(shù)方案第二實施例薄膜晶體管的制備方法的流程圖。 圖5是本技術(shù)方案第二實施例薄膜晶體管的制備工藝的流程圖。 圖6是本技術(shù)方案第三實施例薄膜晶體管的制備方法的流程圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本技術(shù)方案實施例提供的薄膜晶體管的制備 方法。
請參閱圖l及圖2，本技術(shù)方案第一實施例提供一種頂柵型薄膜晶體管 IO的制備方法，主要包括以下步驟
步驟一制備一碳納米管原料。所述碳納米管原料的制備方法包括以下 步驟
首先，制備一碳納米管陣列形成于一基底，優(yōu)選地，該陣列為超順排碳 納米管陣列。
本技術(shù)方案實施例提供的碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列、雙壁碳納 米管陣列及多壁碳納米管陣列中的一種。該碳納米管陣列的制備方法采用化
學(xué)氣相沉積法，其具體步驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型 或N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅基底，本實施例優(yōu)選為采用4英寸 的硅基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵 (Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催 化劑層的基底在700。C 900。C的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理 過的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到50(TC 74(TC,然后通入 碳源氣體反應(yīng)約5分鐘~30分鐘，生長得到碳納米管陣列，其高度大于100 微米。該碳納米管陣列為多個彼此平行且垂直于基底生長的碳納米管形成的 純碳納米管陣列，由于碳納米管長度較長，部分碳納米管會相互纏繞。該碳 納米管陣列與上述基底面積基本相同。通過上述控制生長條件，該超順排碳 納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。
本技術(shù)方案實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、曱烷等化學(xué)性質(zhì)較活潑 的碳?xì)浠衔?，本技術(shù)方案實施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護(hù)氣體為氮?dú)饣?惰性氣體，本技術(shù)方案實施例優(yōu)選的保護(hù)氣體為氬氣。
可以理解，本技術(shù)方案實施例提供的碳納米管陣列不限于上述制備方法。
納米管原料，其中上述碳納米管在一定程度上保持相互纏繞的狀態(tài)。所述的 碳納米管原料中，碳納米管的長度大于100微米，優(yōu)選地，碳納米管的長度
大于l(M效米。
步驟二將上述碳納米管原料添加到一溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳 納米管絮狀結(jié)構(gòu)。
本技術(shù)方案實施例中，溶劑可選用水、易揮發(fā)的有機(jī)溶劑等。絮化處理 可通過采用超聲波分散處理或高強(qiáng)度攪拌等方法。優(yōu)選地，本技術(shù)方案實施 例采用超聲波分散10~30分鐘。由于碳納米管具有極大的比表面積，相互纏 繞的碳納米管之間具有較大的范德華力。上述絮化處理并不會將該碳納米管 原料中的碳納米管完全分散在溶劑中，碳納米管之間通過范德華力相互吸 引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。
步驟三，將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)定型處理以獲得一碳納米管薄膜。
本技術(shù)方案實施例中，所述的分離碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以 下步驟將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜 置干燥一段時間從而獲得一分離的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，該絮狀結(jié)構(gòu)中的碳納 米管相互纏繞。
本技術(shù)方案實施例中，所述的定型處理過程具體包括以下步驟將該碳 納米管絮狀結(jié)構(gòu)按照預(yù)定形狀攤開；施加一定壓力于攤開的碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；以及，將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)中殘留的溶劑烘干或等溶劑自然揮發(fā)后獲 得一碳納米管薄膜。
可以理解，本技術(shù)方案實施例可通過控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開的面 積來控制該碳納米管薄膜的厚度和面密度。碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開的面積越 大，則該碳納米管薄膜的厚度和面密度就越小。請參閱圖3，為本技術(shù)方案 實施例中獲得的碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜中的多個碳納米管相互纏 繞，形成了一微孔結(jié)構(gòu)，本技術(shù)方案實施例制備的碳納米管薄膜中包括相互 纏繞的碳納米管，所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng) 絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，因此該碳納米管薄膜具有很好的韌性。該碳納米管薄膜中，碳納米管為各向同性，均勻分布，無規(guī)則排列，形成大量的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑
小于IO微米。所述碳納米管薄膜的厚度為0.5納米 100微米。
另外，上述分離與定型處理步驟也可直接通過抽濾的方式獲得一碳納米 管薄膜，具體包括以下步驟提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有碳 納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶劑經(jīng)過該微孔濾膜倒入該抽氣漏斗中；抽濾并干燥后獲 得一碳納米管薄膜。該微孔濾膜為一表面光滑、孔徑為0.22微米的濾膜。由 于抽濾方式本身將提供一較大的氣壓作用于該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，該碳納米 管絮狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過抽濾會直接形成一均勻的碳納米管薄膜。且，由于微孔濾膜 表面光滑，該碳納米管薄膜容易剝離。
由于本技術(shù)方案第 一 實施例步驟一 中提供的超順排碳納米管陣列中的
碳納米管非常純凈，且由于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米 管薄膜本身具有一定的粘性。 '
步驟四鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于一絕緣基底IIO表面，形成一碳納米 管層140作為薄膜晶體管IO的半導(dǎo)體層。其具體包括以下步驟提供一絕 緣基底110;將上述碳納米管薄膜鋪設(shè)于該絕緣基底IIO表面。
所述絕緣基底IIO的材料可選用大規(guī)模集成電路中的基板的材料。所述 絕緣基底110形狀不限，可為方形、圓形等任何形狀。所述絕緣基底110的 大小尺寸不限，具體可根據(jù)實際情況而定。所述絕緣基底IIO具有一平整的 表面。具體地，所述絕緣基底110的材料可以為硬性材料，如P型或N型硅、 形成有氧化層的硅、透明石英、或形成有氧化層的透明石英。另外，該絕緣 基底110的材料還可以是塑料或樹脂材料，如一 PET薄膜。
本技術(shù)方案實施例步驟四中該碳納米管薄膜可利用其本身的粘性直接 粘附于所述的絕緣基底110的表面上。
另外，可使用有機(jī)溶劑處理上述黏附在絕緣基底110上的碳納米管層 140。具體地，可通過試管將有機(jī)溶劑滴落在碳納米管層140表面浸潤整個 碳納米管層140。該有機(jī)溶劑可以與步驟二中所述的有機(jī)溶劑相同，具體地 為揮發(fā)性有片幾溶劑，如乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采 用乙醇。該碳納米管層140經(jīng)有機(jī)溶劑浸潤處理后，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑的表 面張力的作用下，該碳納米管層140可貼附在絕緣基底IIO表面，且表面體 積比減小，粘性降低，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性。另外，還可通過一粘結(jié)
10劑將所述碳納米管層140更好地粘結(jié)于所述絕緣基底110上。
步驟五間隔形成一源極151及一漏極152，并使該源極151及漏極152 與上述碳納米管層140電連接。
該源極151及漏極152的材料應(yīng)具有較好的導(dǎo)電性。具體地，該源極 151及漏極152的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(ITO)、銻錫氧化物 (ATO)、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物以及金屬性碳納米管等導(dǎo)電材料。根據(jù)形 成源極151及漏4及15 2的材料種類的不同，可以采用不同方法形成該源極151 及漏極152。具體地，當(dāng)該源極151及漏極152的材料為金屬、合金、ITO 或ATO時，可以通過蒸鍍、濺射、沉積、掩才莫及刻蝕等方法形成源極151 及漏極152。當(dāng)該源極151及漏極152的材料為導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物或金 屬性碳納米管時，可以通過印刷涂附或直接黏附的方法，將該導(dǎo)電銀膠或金 屬性碳納米管涂附或黏附于絕緣基底110或碳納米管層140表面，形成源極 151及漏極152。 一般地，該源極151及漏極152的厚度為0.5納米 100微 米，源極151至漏極152之間的距離為1-100微米。
本實施例中，該源極151及漏極152材料為金屬。上述步驟五具體可通 過兩種方式進(jìn)行。第一種方式具體包括以下步驟首先，在上述碳納米管層 140表面均勻涂覆一層光刻膠；其次，通過曝光及顯影等光刻方法在光刻膠 上形成源極151及漏極152區(qū)域，在該源極151及漏極152區(qū)域露出該碳納 米管層140;再次，通過真空蒸鍍、磁控濺射或電子束蒸發(fā)沉積等沉積方法 在上述光刻膠、源極151及漏極152區(qū)域表面沉積一金屬層，優(yōu)選為4巴、鈦 或鎳金屬層；最后，通過丙酮等有機(jī)溶劑去除光刻膠及其上的金屬層，即得 到形成在碳納米管層140上的源極151及漏極152。第二種方式具體包括以 下步驟首先，在碳納米管層140表面沉積一金屬層；其次，在該金屬層表 面涂覆一層光刻膠；再次，通過曝光及顯影等光刻方法去除源極151區(qū)域及 漏極152區(qū)域外的光刻膠；最后，通過等離子體刻蝕等方法去除源極151區(qū) 域及漏極152區(qū)域外的金屬層，并以丙酮等有機(jī)溶劑去除源極151區(qū)域及漏 極152區(qū)域上的光刻膠，即得到形成在碳納米管層140上的源極151及漏極 152。本實施例中，該源極151及漏才及152的厚度為1樣t米，源極151至漏 極152之間的距離為50微米。
可以理解，為了得到具有更好的半導(dǎo)體性的碳納米管層140，在形成源極151及漏極152之后，可以進(jìn)一步包括一去除碳納米管層140中的金屬性 碳納米管的步驟。具體包括以下步驟首先，提供一外部電源，其次，將外 部電源的正負(fù)兩極連接至源極151及漏極152;最后，通過外部電源在源極 151及漏極152兩端施加一電壓，使金屬性的碳納米管發(fā)熱并燒蝕，獲得一 半導(dǎo)體性的碳納米管層140。該電壓在1 1000伏范圍內(nèi)。
另夕卜，上述去除碳納米管層140中金屬性碳納米管的方法也可以使用氬 等離子體、微波、太赫茲(THz)、紅外線(IR)、紫外線(UV)或可見光(Vis) 照射該碳納米管層140，使金屬性的碳納米管發(fā)熱并燒蝕，獲得一半導(dǎo)體性 的碳納米管層140。
可以理解，步驟五也可先于步驟四之前進(jìn)行。
步驟六在上述碳納米管層140上形成一絕緣層130。
該絕緣層130的材料可以為氮化硅、氧化硅等硬性材料或苯并環(huán)丁烯 (BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等柔性材料。根據(jù)絕緣層130的材料種類的不同， 可以采用不同方法形成該絕緣層130。具體地，當(dāng)該絕緣層130的材料為氮 化硅或氧化硅時，可以通過沉積的方法形成絕緣層130。當(dāng)該絕緣層130的 材料為苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂時，可以通過印刷涂附的方法 形成絕緣層130。 一般地，該絕緣層130的厚度為0.5納米 100微米。
本實施方式中采用等離子體化學(xué)氣相沉積等沉積方法形成一氮化硅絕 緣層130覆蓋于碳納米管層140及形成在碳納米管層140上的源極151及漏 極152表面。絕緣層130的厚度約為1 ;欽米。
可以理解，根據(jù)薄膜晶體管10的不同應(yīng)用，可以采用與形成源極151 及漏極152相似的光刻或刻蝕的方法將所述源極151及漏極152的一部分暴 露在絕緣層130外。
步驟七形成一柵極120于所述絕緣層130表面，得到一薄膜晶體管10。
該柵極120的材料應(yīng)具有較好的導(dǎo)電性。具體地，該柵極120的材料可 以為金屬、合金、ITO、 ATO、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物以及碳納米管薄膜等 導(dǎo)電材料。該金屬或合金材料可以為鋁、銅、鴒、鉬、金或它們的合金。具 體地，當(dāng)該柵極120的材料為金屬、合金、ITO或ATO時，可以通過蒸鍍、 賊射、沉積、掩模及刻蝕等方法形成柵極120。當(dāng)該柵極120的材料為導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合物或碳納米管薄膜時，可以通過直接黏附或印刷涂附的方法
形成柵極120。 一般地，該柵極120的厚度為0.5納米 100微米。
本技術(shù)方案實施例中通過與形成源極151及漏極152相似的方法在絕緣
層130表面且與半導(dǎo)體層相對的位置形成一導(dǎo)電薄膜作為柵極120。該柵極
120通過絕緣層130與半導(dǎo)體層電絕緣。本技術(shù)方案實施例中，所述柵極120
的材料為鋁，柵極120的厚度約為1微米。
請參閱圖4及圖5,本技術(shù)方案第二實施例提供一種底柵型薄膜晶體管
20的制備方法，其與第一實施例中薄膜晶體管IO的制備方法基本相同。主
要區(qū)別在于，本實施例中形成的薄膜晶體管20為一底柵型結(jié)構(gòu)。本技術(shù)方
案第二實施例薄膜晶體管2 0的制備方法包括以下步驟 步驟一制備一碳納米管原料。
步驟二將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納 米管絮狀結(jié)構(gòu)。
步驟三將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)定型處理以獲得一碳納米管薄膜。 步驟四提供一絕緣基底210。 步驟五形成一柵極220于所述絕緣基底210表面。 步驟六形成一絕緣層230覆蓋所述柵極220。
步驟七鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于絕緣層230表面，形成一碳納米管層
240。
步驟八間隔形成一源極251及一漏極252,并^f吏該源極251及漏極252 與上述碳納米管層240電連接。
將上述碳納米管薄膜黏附于絕緣層230表面，從而與柵極220電絕緣， 并與柵極220相對。上述源極251及漏極252直接形成于上述石友納米管層240 表面。
可以理解，上述步驟八可以先于步驟七進(jìn)行，即上述源極251及漏極 252形成于絕緣層230表面后，鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于絕緣層230表面并 ^i蓋源極251及漏極252。
請參閱圖6，本技術(shù)方案第三實施例提供一種薄膜晶體管的制備方法， 其與第一實施例薄膜晶體管IO的制備方法基本相同。主要區(qū)別在于，本實施例在同一絕緣基底上形成多個薄膜晶體管，從而形成一薄膜晶體管陣列。
本實施例薄膜晶體管的制備方法具體包括以下步驟 步驟一制備一碳納米管原料。
步驟二將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納 米管絮狀結(jié)構(gòu)。
步驟三將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)定型處理以獲得一碳納米管薄膜。
步驟四鋪設(shè)上述至少一碳納米管薄膜于一絕緣基底表面，圖案化該碳 納米管薄膜，形成多個碳納米管層。
上述多個碳納米管層可以根據(jù)需要形成于絕緣基底表面的特定位置。當(dāng) 應(yīng)用于液晶顯示器中時，多個碳納米管層可以按行及按列方式形成于上述絕 緣基底表面。具體地，該步驟四進(jìn)一步包括以下步驟(a)將碳納米管薄膜 翁附于上述絕緣基底表面。(b)采用激光刻蝕、等離子體刻蝕等方法對該碳 納米管薄膜進(jìn)行切割，從而使其圖案化，在絕緣基底的表面形成多個碳納米 管層。
步驟五:間隔形成多個源極及多個漏極，并使上述每一碳納米管層均與 一源才及及一 漏4及電連接。
與第一實施例薄膜晶體管10中源極151及漏極152的形成方法相似， 本實施例可以先在形成有多個碳納米管層的整個絕緣基底表面沉積一金屬 薄膜，再通過刻蝕等方法圖案化該金屬薄膜，從而在預(yù)定位置上一次形成多 個源極及多個漏極。上述源極及漏極的材料也可為ITO薄膜、ATO薄膜、 導(dǎo)電聚合物薄膜、導(dǎo)電銀膠或碳納米管薄膜。
步驟六覆蓋多個絕緣層于每一碳納米管層的表面。與第一實施例薄膜 晶體管10中絕緣層的制備方法相似地的，可以先在整個絕緣基底的表面沉 積一氮化硅薄膜，再通過刻蝕等方法圖案化該氮化硅薄膜，從而在預(yù)定位置 上一次形成多個絕緣層。上述絕緣層的材料也可為氧化硅等硬性材料或苯并 環(huán)丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等柔性材料。
步驟七形成多個柵極于每一絕緣層的表面，得到一薄膜晶體管陣列， 該薄膜晶體管陣列包括多個薄膜晶體管。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白， 上述步驟四中采用激光刻蝕或等離子體刻蝕等方法切割上述碳納米管薄膜
14的步驟也可以在步驟五至步驟七中的任意步驟中進(jìn)行。
本技術(shù)方案第四實施例提供了一種形成一薄膜晶體管陣列的方法，其具
體包括以下步驟
步驟一制備一碳納米管原料。
步驟二將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納 米管絮狀結(jié)構(gòu)。
步驟三將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)定型處理以獲得一碳納米管薄膜。 步驟四提供一絕緣基底。 步驟五形成多個柵極于所述絕緣基底表面。 步驟六形成至少一絕緣層覆蓋所述多個柵極。
步驟七鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于絕緣層表面，圖案化該碳納米管薄膜， 形成多個碳納米管層，該多個碳納米管層與上述多個柵極通過絕緣層相對并 絕緣設(shè)置。
步驟八間隔形成多個源極及多個漏極，并使上述每一碳納米管層均與 一源極及一漏極電連接。
本技術(shù)方案實施例提供的薄膜晶體管及薄膜晶體管陣列的制備方法具 有以下優(yōu)點(diǎn)其一，本技術(shù)方案通過絮化處理即可獲得碳納米管薄膜作半導(dǎo) 體層，無需額外的分散處理步驟，簡化了制備工藝，從而降低了薄膜晶體管 及薄膜晶體管陣列的生產(chǎn)成本。其二，經(jīng)絮化處理后獲得的碳納米管薄膜一
定的黏性，因此，可以通過直接翁附的方法將碳納米管薄膜設(shè)置于所需位置， 該方法簡單、成本低，因此，本技術(shù)方案提供的薄膜晶體管的制備方法具有 成本低、環(huán)保及節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。其三，所述碳納米管層中的碳納米管相互纏繞 且分布均勻，因此，該碳納米管層用作半導(dǎo)體層時，使得源極和漏極之間具 有較高的載流子遷移率、機(jī)械性能好等優(yōu)點(diǎn)。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依
據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜晶體管的制備方法，其包括以下步驟制備一碳納米管原料；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理獲得一碳納米管薄膜；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于一絕緣基底表面，形成一碳納米管層；間隔形成一源極及一漏極，并使該源極及漏極與上述碳納米管層電連接；形成一絕緣層于上述碳納米管層表面；以及形成一柵極于上述絕緣層表面，得到一薄膜晶體管。
2. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述碳納米管原 料的制備方法包括以下步驟提供一碳納米管陣列形成于一基底；及采用刀 片將上述碳納米管陣列從基底刮落，獲得該>暖納米管原料。
3. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述的絮化處理 的方法包括超聲波分散處理或高強(qiáng)度攪拌。
4. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述的分離碳納 米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以下步驟將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的溶 劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜置干燥一段時間從而獲得一分離的碳納米管 絮狀結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述的定型處理 碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以下步驟將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)按照預(yù)定形狀攤開； 施加一定壓力于攤開的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；以及將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)中殘留的溶劑烘干或等溶劑自然揮發(fā)后獲得一碳納米 管薄膜。
6. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述的分離和定 型處理具體包括以下步驟提供一微孔濾膜及一抽氣漏斗； 以及抽濾并干燥后獲得一碳納米管薄膜。
7. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，鋪設(shè)碳納米管薄 膜于絕緣基底表面后，進(jìn)一步包括一采用有機(jī)溶劑處理該碳納米管薄膜的步驟。
8. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，在鋪設(shè)碳納米管 薄膜于絕緣基底表面后，進(jìn)一步包括一除去碳納米管薄膜中的金屬性碳納米 管的步驟。
9. 如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述除去碳納米 管薄膜中的金屬性碳納米管的步驟在形成所述源極及漏極后進(jìn)行，其具體包 括提供一外部電源；將外部電源的正負(fù)兩極連接至源極及漏極；以及通過 外部電源在源極及漏極兩端施加1-1000伏電壓，使金屬性的碳納米管發(fā)熱并 燒蝕，獲得一半導(dǎo)體性的碳納米管層。
10. 如權(quán)利要求8所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述去除碳納米 管層中的金屬性碳納米管的步驟為通過氫等離子體、微波、太赫茲、紅外線、 紫外線或可見光照射該碳納米管層，將導(dǎo)電性的碳納米管燒蝕掉。
11. 如權(quán)利要求l所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，在形成絕緣層后， 進(jìn)一步包括采用光刻或刻蝕的方法將源極及漏極部分暴露于絕緣層外的步 驟。
12. 如權(quán)利要求1所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述柵極、源極 和漏極材料為金屬、合金、銦錫氧化物、銻錫氧化物、導(dǎo)電銀膠、導(dǎo)電聚合 物或金屬性碳納米管。
13. —種薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟 制備一碳納米管原料；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理獲得一碳納米管薄膜； 提供一絕緣基底； 形成一柵極于所述絕緣基底表面； 形成一絕緣層覆蓋所述柵極；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于絕緣層表面，形成一碳納米管層；以及間隔形成一源極及一漏極，并使該源極及漏極與上述碳納米管層電連接。
14. 一種薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟 制備一碳納米管原料；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié) 構(gòu)；將上述^^納米管絮狀結(jié)構(gòu)^^溶劑中分離，并對該>暖納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理 獲得一碳納米管薄膜；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于一絕緣基底表面，圖案化該碳納米管薄膜，形成多 個碳納米管層；間隔形成多個源極及多個漏極，并使上述每一碳納米管層均與一源極及一漏 極電連接；覆蓋多個絕緣層于每一碳納米管層的表面；以及形成多個4冊極于每一絕緣層的表面，得到多個薄膜晶體管。
15. 如權(quán)利要求14所述的薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述圖案化碳納 米管層的步驟為通過激光刻蝕或等離子體刻蝕方式切割所述^f友納米管薄膜， 從而形成多個碳納米管層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種薄膜晶體管的制備方法，其包括以下步驟制備一碳納米管原料；將上述碳納米管原料添加到溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理獲得一碳納米管薄膜；鋪設(shè)上述碳納米管薄膜于一絕緣基底表面，形成一碳納米管層；間隔形成一源極及一漏極，并使該源極及漏極與上述碳納米管層電連接；形成一絕緣層于上述碳納米管層表面；以及形成一柵極于上述絕緣層表面，得到一薄膜晶體管。
文檔編號H01L21/336GK101593699SQ20081006756
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者劉長洪, 姜開利, 李群慶, 范守善 申請人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司