專利名稱：有機(jī)薄膜晶體管及其制造方法
有機(jī)薄膜晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種薄膜晶體管及其制造方法，尤指一種N型有機(jī)薄膜晶 體管及其制造方法。背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的無機(jī)晶體管是金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)式的場(chǎng)效應(yīng)管，其半導(dǎo) 體材料一般為無機(jī)硅。有機(jī)薄膜晶體管(Organic thin film transistors ,簡(jiǎn)稱 OTFT)又稱塑料晶體管，與MOS晶體管的最大不同在于OTFT采用有機(jī)半導(dǎo) 體材料取代MOS中的無機(jī)半導(dǎo)體材料。與無機(jī)晶體管相比，有機(jī)薄膜晶體管具有下述主要優(yōu)點(diǎn):有機(jī)薄膜的成膜 技術(shù)更多、更新，如Langmuir-Blodgett (LB )技術(shù)、分子自組裝技術(shù)、真 空蒸鍍、噴墨打印等，從而使制作工藝簡(jiǎn)單、多樣、成本低；器件的尺寸能 做得更小，集成度更高，分子尺度的減小和集成度的提高意味著操作功率的 減小以及運(yùn)算速度的提高；以有機(jī)聚合物制成的晶體管，其電性能可通過對(duì) 有機(jī)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎椂玫綕M意的結(jié)果；有機(jī)物易于獲得，有機(jī)場(chǎng) 效應(yīng)管的制作工藝也更為簡(jiǎn)單，它并不要求嚴(yán)格的控制氣氛條件和苛刻的純 度要求，因而能有效地降低器件的成本；全部由有機(jī)材料制備的所謂"全有 機(jī)"的晶體管呈現(xiàn)出非常好的柔韌性，而且質(zhì)量輕，攜帶方便。有研究表明， 對(duì)器件進(jìn)行適度的扭曲或彎曲，器件的電特性并沒有顯著的改變。良好的柔 韌性進(jìn)一步拓寬了有機(jī)晶體管的使用范圍。OTFT最關(guān)鍵的技術(shù)之一是有機(jī)半導(dǎo)體材料。有機(jī)薄膜晶體管對(duì)所用的有 機(jī)半導(dǎo)體材料有著特殊的要求高遷移率、低本征電導(dǎo)率。高遷移率是為了 保證器件的開關(guān)速度，低本征電導(dǎo)率是為了盡可能地降低器件的漏電流，從 而提高器件的開關(guān)比，增加器件的可靠性。按照材料傳輸載流子電荷的不同，可分為N型半導(dǎo)體材料和P型半導(dǎo)體材 料。N型半導(dǎo)體是指載流子電荷為負(fù)，即載流子為電子；P型半導(dǎo)體是指載流子電荷為正，即載流子為空穴。然而，有機(jī)薄膜晶體管中，有機(jī)半導(dǎo)體材料大多數(shù)為P材料，目前以P型有機(jī)晶體管的載子遷移率較高，N型材料較少，且要找到能夠與其栽子遷移 率相當(dāng)?shù)腘型材并不多，另外，目前常見的N型有機(jī)半導(dǎo)體材料在空氣中操作 時(shí)易受到水氣或氧氣的影響，導(dǎo)致器件的電性不佳且壽命相當(dāng)?shù)亩?。因此?前多數(shù)的N型有機(jī)薄膜晶體管都必須在氮?dú)庵谢蛘婵罩胁僮鳎拗屏擞袡C(jī)晶 體管的進(jìn)一步發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一有機(jī)薄膜晶體管及其制造方法，特別是一 種在大氣中穩(wěn)定性高的N型有機(jī)薄膜晶體管。為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種有機(jī)薄膜晶體管包括一柵極、 一柵絕 緣層、 一有源層、 一源極以及一漏極，該有才幾薄膜晶體管還包括一有機(jī)修飾 絕緣層設(shè)置在該柵絕緣層表面上。本發(fā)明還提供一種有機(jī)薄膜晶體管的制造方法，包括以下步驟形成一柵極以及一柵絕緣層，其中該柵絕緣層覆蓋在柵極上；在該柵絕緣層表面上形成一有機(jī)修飾絕緣層；在該有機(jī)修飾絕緣層上形成一有源層；以及在該有源層上形成一 源極以及一 漏極。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管及其制造方法適當(dāng)?shù)厥褂糜袡C(jī) 修飾絕緣層修飾柵絕緣層，能夠?yàn)镹型薄膜晶體管提供良好的接觸表面，減 少電子被局限在有源層與柵絕緣層的接口，降低了氫氧根密度，進(jìn)而提升電 子在通道中的傳遞能力，并且可以提高有機(jī)薄膜晶體管在大氣環(huán)境中的穩(wěn)定 性。
圖1為本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管未經(jīng)封裝的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為使用不同材料制成的有機(jī)修飾絕緣層的本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管的 電子遷移率的關(guān)系示意圖。圖3為使用不同材料制成的有機(jī)修飾絕緣層的本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管的的開關(guān)比的關(guān)系示意圖。圖4為具PMMA制成的有機(jī)修飾絕緣層的本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管的遷移 率對(duì)時(shí)間的趨勢(shì)示意圖。圖5為具PMMA制成的有機(jī)修飾絕緣層的本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管的開關(guān) 比對(duì)時(shí)間的趨勢(shì)示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參照?qǐng)D1,為本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管(Organic thin film transistors ，簡(jiǎn)稱 OTFT)未經(jīng)封裝的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明OTFT包括一柵極l、 一柵絕緣層2、 一有機(jī)修飾絕緣層(polymerinsulator)3、有源層4、源極5以及漏極6。在本實(shí) 施例中，本發(fā)明OTFT是一N型OTFT,有源層4是一N型有機(jī)半導(dǎo)體層(例如 由PTCDI-C8材料形成)。本發(fā)明OTFT在N型有機(jī)半導(dǎo)體層4成膜之前，先在 柵絕緣層2表面上旋轉(zhuǎn)涂布形成一有機(jī)修飾絕緣層3后，再在該有機(jī)修飾絕緣 層3上利用熱蒸鍍法將N型材料成膜形成該N型有機(jī)半導(dǎo)體層4。通過該有機(jī)修 飾絕緣層3的表面修飾，能夠?yàn)镹型OTFT提供良好的接觸表面，減少電子被 局限在有源層4與柵絕緣層2的接口，降低了氫氧根密度，進(jìn)而提升電子在通 道中的傳遞能力，并且可以提高OTFT在大氣環(huán)境中的穩(wěn)定性。該有機(jī)修飾絕緣層3的材料可以選自聚曱基丙烯酸曱酯(poly(methyl methacrylate)， PMMA )、聚oc甲基苯乙烯(poly- a -methylstyrene， P a MS )、 聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA )或聚乙烯基苯酚(poly(4-vinylpheno1)， PVP)等中的一種。PMMAPaMS PVA PVPOTFT遷移率和開關(guān)比是其兩個(gè)重要的參數(shù):遷移率(mobility)越大，實(shí)際 運(yùn)作速度越快;開關(guān)比(On/Off ratio)越大，所驅(qū)動(dòng)的器件的對(duì)比度越好。圖2與圖3是本發(fā)明OTFT電性表現(xiàn)的結(jié)果，可知，具有PMMA構(gòu)成的有機(jī) 修飾絕緣層3的N型OTFT的電性表現(xiàn)最好，含有氫氧根(-OH)的有機(jī)修飾絕緣 層3的電性表現(xiàn)較差?？梢杂稍撢厔?shì)發(fā)現(xiàn)含有氬氧根對(duì)于OTFT的表現(xiàn)有抑制 的作用。此外沒有有機(jī)修飾絕緣層3的OTFT在空氣中電性的表現(xiàn)很差，幾乎 沒有晶體管的特性，是因?yàn)橐话銝沤^緣層2表面有大量的氬氧根，因此也可更 加推論，利用有機(jī)修飾絕緣層3修飾過后，因柵絕緣層2表面上的氫氧根密度 的降低，可以提高OTFT的穩(wěn)定度。圖4為本發(fā)明OTFT的穩(wěn)定度測(cè)試。把具PMMA制成的有機(jī)修飾絕緣層的 OTFT放置在干燥箱中儲(chǔ)存，同時(shí)紀(jì)錄其在空氣中量測(cè)時(shí)的濕度變化，可以發(fā) 現(xiàn)本發(fā)明OTFT的遷移率在20天之后才有大幅下降的趨勢(shì)，但是還能夠維持不 錯(cuò)的電性表現(xiàn)，在第38天遷移率的平均值還能夠達(dá)到0.04cm2/Vs,對(duì)于未經(jīng) 任合封裝的有機(jī)薄膜晶體管的穩(wěn)定性來說，已是不錯(cuò)的表現(xiàn)。另外，由圖5 也可以看到其開關(guān)比在38天左右也能夠維持在104以上。本實(shí)施例中，N型OTFT僅用以舉例說明，本發(fā)明的有機(jī)修飾絕緣層可以 適用于其他類型的OTFT，用以修飾其附著的絕緣層的表面，從而降低其絕緣 層表面上的氫氧根密度，進(jìn)而達(dá)到增進(jìn)OTFT在大氣環(huán)境中的穩(wěn)定性。本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管的制造方法，包括以下步驟形成一柵極1以及一柵絕緣層2，其中該柵絕緣層2覆蓋在柵極1上；在柵絕緣層2表面上旋轉(zhuǎn)涂布形成一有機(jī)修飾絕緣層3;在該有機(jī)修飾絕緣層3上利用熱蒸鍍法將N型材料成膜形成該N型有機(jī)半 導(dǎo)體層4;以及在該N型有4幾半導(dǎo)體層4上形成一 源杉L5以及一漏才及6。本發(fā)明OTFT適當(dāng)?shù)厥褂糜袡C(jī)修飾絕緣層修飾柵絕緣層，能夠?yàn)镹型薄膜 晶體管提供良好的接觸表面，減少電子被局限在有源層與柵絕緣層的接口 ， 降低了氫氧根的密度，進(jìn)而提升電子在通道中的傳遞能力，并且可以提高 OTFT在大氣環(huán)境中的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1. 一種有機(jī)薄膜晶體管包括一柵極、一柵絕緣層、一有源層、一源極以及一漏極，其特征在于該有機(jī)薄膜晶體管還包括一有機(jī)修飾絕緣層設(shè)置在該柵絕緣層表面上。
2. 如權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于該有機(jī)薄膜晶體 管是一N型有機(jī)薄膜晶體管，有源層是一N型有機(jī)半導(dǎo)體層。
3. 如權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于該有機(jī)修飾絕緣 層設(shè)置在柵絕緣層與有源層之間。
4. 如權(quán)利要求l所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于該有機(jī)修飾絕緣 層的材料可以選自聚甲基丙烯酸曱酯、聚a曱基苯乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯 基苯酚等中的一種。 -
5. —種有機(jī)薄膜晶體管的制造方法，其特征在于該制造方法包括 形成一柵極以及一柵絕緣層，其中該柵絕緣層覆蓋在4冊(cè)極上； 在該柵絕緣層表面上形成一有機(jī)修飾絕緣層； 在該有機(jī)修飾絕緣層上形成一有源層；以及在該有源層上形成一 源極以及一漏極。
6. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于利用旋轉(zhuǎn)涂布方式在該 柵絕緣層表面上形成該有機(jī)修飾絕緣層。
7. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于利用熱蒸鍍法在該有機(jī) 修飾絕緣層上形成該N型有機(jī)半導(dǎo)體層。
8. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于該有機(jī)薄膜晶體管是一N 型有機(jī)薄膜晶體管，有源層是一N型有機(jī)半導(dǎo)體層。
9. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于該有機(jī)修飾絕緣層設(shè)置 在柵絕緣層與有源層之間。
10. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于該有機(jī)修飾絕緣層的材 料可以選自聚甲基丙烯酸曱酯、聚a甲基苯乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯基苯酚 等中的一種。
全文摘要
本發(fā)明一種有機(jī)薄膜晶體管及其制造方法，其中該有機(jī)薄膜晶體管包括一柵極、一柵絕緣層、一有源層、一源極以及一漏極，該有機(jī)薄膜晶體管還包括一有機(jī)修飾絕緣層設(shè)置在該柵絕緣層表面上。本發(fā)明有機(jī)薄膜晶體管適當(dāng)?shù)厥褂糜袡C(jī)修飾絕緣層修飾柵絕緣層，能夠?yàn)镹型薄膜晶體管提供良好的接觸表面，減少電子被局限在有源層與柵絕緣層的接口，降低了氫氧根密度，進(jìn)而提升電子在通道中的傳遞能力，并且可以提高有機(jī)薄膜晶體管在大氣環(huán)境中的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01L51/05GK101267020SQ20081009661
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者廖呈祥, 陳方中, 黃偉明, 黃昱仁, 黃維邦 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司