專利名稱：一種有機場效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機電子學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種有機場效應(yīng)晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的不斷深入，電子產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入人們生活工作的每個環(huán)節(jié)；在日常生活中人們對低成本、柔性、低重量、便攜的電子產(chǎn)品的需求越來越大；傳統(tǒng)的基于無機半導(dǎo)體材料的器件和電路很難滿足這些要求，因此可以實現(xiàn)這些特性的基于有機聚合物半導(dǎo)體材料的有機微電子技術(shù)在這一趨勢下得到了人們越來越多的關(guān)注。有機場效應(yīng)晶體管作為有機電路的基礎(chǔ)元器件，其性能對電路的性能起著決定性的作用。其中遷移率決定了器件工作的快慢，進(jìn)而影響電路的工作頻率；電壓，包括工作電壓和閾值電壓，決定了器件以及電路的功耗。由于信息量爆炸式的增長，人們一直以來都希望信息處理技術(shù)能夠越來越快，能夠處理的內(nèi)容越來越多。制約信息處理技術(shù)快慢的因素有很多，包括硬件方面，也包括軟件方面。單元器件的工作頻率是硬件方面根本的問題。提高器件的工作頻率主要有兩條路徑一條路是減小溝道長度，另一條路是提高載流子的遷移率。在當(dāng)前材料方面沒有重大突破的情況下，載流子的遷移率提高非常有限，因此提高器件工作頻率的方法主要就是減小溝道的長度。制約信息處理技術(shù)容量的因素同樣也有很多，在硬件方面主要是電路的集成度，提高電路的集成度需要減小單元器件的面積。因此， 現(xiàn)有的有機場效應(yīng)晶體管存在器件工作頻率低、電路集成度低的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種提高器件工作頻率和電路集成度的有機場效應(yīng)晶體管。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種有機場效應(yīng)晶體管的制備方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種有機場效應(yīng)晶體管，包括絕緣襯底以及在所述絕緣襯底上的源電極、介質(zhì)層、柵電極、有機半導(dǎo)體層和漏電極，所述源電極位于所述絕緣襯底上，并與所述絕緣襯底接觸；所述有機半導(dǎo)體層位于所述晶體管中央，所述有機半導(dǎo)體層上端與所述漏電極接觸，下端與所述源電極接觸；所述柵電極為兩個長條形的柵電極，分別位于所述有機半導(dǎo)體層的兩側(cè)； 所述介質(zhì)層為槽型，對稱分布在所述有機半導(dǎo)體層的兩側(cè)，將所述長條形的柵電極包裹在其槽內(nèi)，所述介質(zhì)層將所述柵電極和所述有機半導(dǎo)體層、源電極、漏電極隔離開。上述方案中，所述源電極和漏電極均為平面金屬電極。上述方案中，所述絕緣襯底為長有氧化硅或氮化硅絕緣薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣塑料薄膜。上述方案中，所述介質(zhì)層的材料為無機材料或有機材料。上述方案中，所述有機半導(dǎo)體層的材料為并五苯、酞菁銅、P3HT、噻吩或紅熒稀。
上述方案中，所述柵電極的材料為金屬導(dǎo)電材料或?qū)щ娪袡C物。
上述方案中，所述源電極和漏電極的材料為高公函數(shù)金屬材料或?qū)щ娪袡C物。一種有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，該方法包括
(1)在絕緣襯底上制備平面的源電極；
(2)在所述源電極層上沉積介質(zhì)層；
(3)在所述介質(zhì)層上制備長條狀的柵電極；
(4)在所述柵電極的側(cè)壁和頂部沉積介質(zhì)層，并去除底部源電極表面多余的介質(zhì)層；
(5)在晶體管中央沉積有機半導(dǎo)體層；
(6)在介質(zhì)層和有機半導(dǎo)體層上制備平面的漏電極。上述方案中，在所述步驟(1)中，制備平面的源電極的具體方法為采用真空熱物理沉積、電子束沉積或者濺射金屬電極；或者，采用噴墨打印或旋涂有機物電極。上述方案中，在所述步驟(2)中，制備介質(zhì)層的具體方法為采用低壓化學(xué)氣相沉積、濺射或者原子層沉積的方法制備無機介質(zhì)層；或者，采用旋涂或噴墨打印方法沉積有機介質(zhì)層。上述方案中，在所述步驟(3)中，制備柵電極的具體方法為采用光刻技術(shù)定義其相應(yīng)的刻膠圖形，再通過電子束蒸發(fā)、濺射或熱蒸發(fā)的方法來沉積金屬，最后通過金屬剝離的方法來轉(zhuǎn)移圖形，從而制備出金屬柵電極；或者，采用噴墨打印技術(shù)來沉積和圖形化有機柵電極。上述方案中，在所述步驟(4)中，制備介質(zhì)層的具體方法為無機介質(zhì)層通過低壓化學(xué)氣相沉積、濺射或者原子層沉積的方法來沉積，使其具有很好的臺階覆蓋性，從而能夠黏附在柵電極側(cè)壁上，然后通過光刻和各向異性的干法刻蝕把源電極表面上多余的介質(zhì)材料去除，從而獲得槽狀的介質(zhì)層；有機介質(zhì)層通過旋涂技術(shù)來沉積介質(zhì)薄膜，經(jīng)過退火處理后再通過光刻技術(shù)定義圖形，最后通過刻蝕技術(shù)把漏電極表面上多余的介質(zhì)材料去除，從而獲得槽狀的介質(zhì)層。上述方案中，在所述步驟(5)中，制備有機半導(dǎo)體層的具體方法為有機半導(dǎo)層通過慢速的旋涂技術(shù)來制備薄膜，使其具有很好的臺階覆蓋性；然后通過各向異性的干法刻蝕把側(cè)壁以外的有機半導(dǎo)體材料去除，形成圖形化的有源層。上述方案中，在所述步驟(6)中，制備平面的漏電極的具體方法為首先通過光刻技術(shù)把柵電極和介質(zhì)層保護(hù)起來，然后通過真空熱物理沉積、電子束沉積或者濺射技術(shù)來沉積金屬電極薄膜，或者，采用噴墨打印或旋涂技術(shù)來沉積有機物電極薄膜，然后去通過剝離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的電極材料，完成整個晶體管的制備。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下有益效果
本發(fā)明提出的有機場效應(yīng)晶體管，通過把溝道由傳統(tǒng)的平面型改進(jìn)為垂直型，從而只要通過控制有機半導(dǎo)體層的薄膜厚度就能夠控制晶體管的溝道長度，避免了使用效率較低的電子束光刻技術(shù)，大幅度地降低了制備短溝道有機晶體管的難度，從而減少了制備的成本。本發(fā)明采用了長條狀的柵電極，從而可以隨意調(diào)節(jié)器件溝道的長寬比，擴大了其應(yīng)用范圍，同時采用了雙溝道的結(jié)構(gòu)，增加了器件的電流驅(qū)動能力。本發(fā)明能有效降低器件所占面積，提高了電路的集成度。本發(fā)明還提供了有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，采用低溫工藝，不會對已做好的其他有機功能薄膜造成損傷，并且能夠和現(xiàn)有的硅微加工技術(shù)兼容，能夠充分利用現(xiàn)有設(shè)備，降低新器件制備的成本。


圖1為本發(fā)明實施例提供的有機場效應(yīng)晶體管的立體結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明實施例提供的有機場效應(yīng)晶體管的剖面圖3為本發(fā)明實施例提供的制備有機場效應(yīng)晶體管的流程圖； 圖3-1為本發(fā)明實施例在絕緣襯底上制備平面的源電極的示意圖； 圖3-2為本發(fā)明實施例在源電極層上沉積介質(zhì)層的示意圖； 圖3-3為本發(fā)明實施例在介質(zhì)層上制備長條狀柵電極的示意圖； 圖3-4為本發(fā)明實施例在柵電極上沉積介質(zhì)層的示意圖； 圖3-5為本發(fā)明實施例在源電極上沉積有機半導(dǎo)體層的示意圖； 圖3-6為本發(fā)明實施例制備平面的漏電極的示意圖； 圖4為本發(fā)明一具體實施例制備有機場效應(yīng)晶體管的方法的工藝流程圖； 圖4-1 圖4-11為本發(fā)明一具體實施例制備有機場效應(yīng)晶體管過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1和圖2，本發(fā)明實施例提供了一種有機場效應(yīng)晶體管，包括絕緣襯底101 以及在所述絕緣襯底101上的平面源電極102、介質(zhì)層103、柵電極104、有機半導(dǎo)體層105 和平面漏電極106 ；平面源電極102位于絕緣襯底101上，并與絕緣襯底101接觸；有機半導(dǎo)體層105位于晶體管中央，有機半導(dǎo)體層105上端與平面漏電極106接觸，下端與平面源電極102接觸；所述柵電極104為兩個長條形的柵電極，分別位于有機半導(dǎo)體層105的兩側(cè)；介質(zhì)層103為槽型，對稱分布在有機半導(dǎo)體層105的兩側(cè)，將長條形的柵電極104包裹在其槽內(nèi)，介質(zhì)層103將柵電極104和有機半導(dǎo)體層105、平面源電極102、平面漏電極106 隔尚開。絕緣襯底為有氧化硅、氮化硅等絕緣薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣塑料薄膜等。介質(zhì)層的材料為無機材料時，可以是氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉭或氧化鉿等無機材料；介質(zhì)層的材料為有機材料時，可以是聚酰亞胺(PI)、聚乙烯吡硌烷酮 (PVP)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)或聚對二甲苯(parylene)等有機材料。有機半導(dǎo)體層的材料為并五苯、酞菁銅(CuPc)、P3HT、噻吩或紅熒稀等有機半導(dǎo)體材料。柵電極的材料為金、鋁、鉬、銅或銀等金屬導(dǎo)電材料，或者是PED0T:PSS等導(dǎo)電有機物。源電極和漏電極的材料為金、鉬、銀等高公函數(shù)金屬材料或者PED0T:PSS等導(dǎo)電有機物。本發(fā)明實施例提出的有機場效應(yīng)晶體管，源電極102和漏電極106為平面電極， 分別位于晶體管的底部和頂部，與有機半導(dǎo)體層105接觸，使得器件的溝道方向從水平方向轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪狈较?，形成垂直溝道有機場效應(yīng)晶體管，從而只要通過控制有機半導(dǎo)體層105的薄膜厚度就能夠控制晶體管的溝道長度，避免了使用效率較低的電子束光刻技術(shù)，大幅度地降低了制備短溝道有機晶體管的難度，從而減少了制備的成本。本發(fā)明實施例采用了長條狀的柵電極104，從而可以隨意調(diào)節(jié)器件溝道的長寬比， 擴大了其應(yīng)用范圍；由于采用了雙柵電極，導(dǎo)致了同一有機半導(dǎo)體層105和介質(zhì)層103形成了兩個界面，進(jìn)一步形成雙溝道的結(jié)構(gòu)，增加了器件的電流驅(qū)動能力。本發(fā)明實施例能有效降低器件所占面積，提高電路的集成度。參見圖3和圖3-1 圖3-6，本發(fā)明實施例還提供了一種有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，該方法包括如下步驟
301、在絕緣襯底上制備平面的源電極，如圖3-1所示；
302、在源電極層上沉積介質(zhì)層，使其圖形化以便隔離柵電極和源電極，如圖3-2所示；
303、在步驟302所述的介質(zhì)層上制備長條狀的柵電極，如圖3-3所示；
304、沉積介質(zhì)層，使其粘附在柵電極的側(cè)壁和頂部，使其圖形化以便隔離柵電極和漏電極、有機半導(dǎo)體層，并去除底部源電極表面多余的介質(zhì)層，如圖3-4所示；
305、沉積有機半導(dǎo)體層，使其處于整個晶體管的中央，如圖3-5所示；
306、制備平面的漏電極，完成晶體管的制作，如圖3-6所示。下面詳細(xì)說明一個更優(yōu)化的實施例
本實施例提供的有機場效應(yīng)晶體管包括熱氧化硅絕緣襯底401、平面Au源電極402、 長條狀A(yù)u金屬柵電極、SiO2介質(zhì)層406、并五苯有機半導(dǎo)體層407和平面Au漏電極408。參見圖4，圖4是本實施例提供的有機場效應(yīng)晶體管的制備方法的具體工藝流程圖；參見圖4-1 圖4-11，圖4-1 圖4-11是結(jié)合圖4的工藝步驟做出的制作流程圖，其所表述的步驟如下
501、在熱氧化生長的SW2絕緣襯底401上制備平面的Au源電極402，如圖4_1所示；
502、在源電極層上通過原子層沉積制備SW2介質(zhì)層403，如圖4-2所示；
503、通過光刻加刻蝕技術(shù)圖形化SW2介質(zhì)層403，如圖4-3所示；
504、通過光刻技術(shù)制備長條狀柵電極的膠圖形404，如圖4-4所示；
505、電子束蒸發(fā)沉積Au薄膜405，如圖4-5所示；
506、通過剝離技術(shù)制備Au柵電極，如圖4-6所示；
507、通過原子層沉積技術(shù)制備SiO2介質(zhì)層406，使其包裹在長條狀的柵電極周圍，如圖 4-7所示；
508、通過光刻加刻蝕技術(shù)去除長條狀柵電極以外的介質(zhì)層，如圖4-8所示；
509、在源電極402上沉積有機半導(dǎo)體層407，如圖4_9所示；
510、通過刻蝕技術(shù)去除溝道區(qū)以外的有機半導(dǎo)體，如圖4-10所示；
511、通過電子束蒸發(fā)制備平面的Au漏電極408，如圖4-11所示。本發(fā)明實施例提供的有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，采用低溫工藝，不會對已做好的其他有機功能薄膜造成損傷，并且能夠和現(xiàn)有的硅微加工技術(shù)兼容，能夠充分利用現(xiàn)有設(shè)備，降低新器件制備的成本。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有機場效應(yīng)晶體管，包括絕緣襯底以及在所述絕緣襯底上的源電極、介質(zhì)層、柵電極、有機半導(dǎo)體層和漏電極，其特征在于所述源電極位于所述絕緣襯底上，并與所述絕緣襯底接觸；所述有機半導(dǎo)體層位于所述晶體管中央，所述有機半導(dǎo)體層上端與所述漏電極接觸，下端與所述源電極接觸；所述柵電極為兩個長條形的柵電極，分別位于所述有機半導(dǎo)體層的兩側(cè)；所述介質(zhì)層為槽型，對稱分布在所述有機半導(dǎo)體層的兩側(cè)，將所述長條形的柵電極包裹在其槽內(nèi)，所述介質(zhì)層將所述柵電極和所述有機半導(dǎo)體層、源電極、漏電極隔離開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述源電極和漏電極均為平面金屬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述絕緣襯底為長有氧化硅或氮化硅絕緣薄膜的硅片、絕緣玻璃或絕緣塑料薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述介質(zhì)層的材料為無機材料或有機材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述有機半導(dǎo)體層的材料為并五苯、酞菁銅、P3HT、噻吩或紅熒稀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述柵電極的材料為金屬導(dǎo)電材料或?qū)щ娪袡C物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機場效應(yīng)晶體管，其特征在于所述源電極和漏電極的材料為高公函數(shù)金屬材料或?qū)щ娪袡C物。
8.一種有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于所述方法包括(1)在絕緣襯底上制備平面的源電極；(2)在所述源電極層上沉積介質(zhì)層；(3)在所述介質(zhì)層上制備長條狀的柵電極；(4)在所述柵電極的側(cè)壁和頂部沉積介質(zhì)層，并去除底部源電極表面多余的介質(zhì)層；(5)在晶體管中央沉積有機半導(dǎo)體層；(6)在介質(zhì)層和有機半導(dǎo)體層上制備平面的漏電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于在所述步驟(1)中，制備平面的源電極的具體方法為采用真空熱物理沉積、電子束沉積或者濺射金屬電極；或者，采用噴墨打印或旋涂有機物電極；在所述步驟(2)中，制備介質(zhì)層的具體方法為采用低壓化學(xué)氣相沉積、濺射或者原子層沉積的方法制備無機介質(zhì)層；或者，采用旋涂或噴墨打印方法沉積有機介質(zhì)層；在所述步驟(3)中，制備柵電極的具體方法為采用光刻技術(shù)定義其相應(yīng)的刻膠圖形， 再通過電子束蒸發(fā)、濺射或熱蒸發(fā)的方法來沉積金屬，最后通過金屬剝離的方法來轉(zhuǎn)移圖形，從而制備出金屬柵電極；或者，采用噴墨打印技術(shù)來沉積和圖形化有機柵電極；在所述步驟(4)中，制備介質(zhì)層的具體方法為無機介質(zhì)層通過低壓化學(xué)氣相沉積、濺射或者原子層沉積的方法來沉積，使其具有很好的臺階覆蓋性，從而能夠黏附在柵電極側(cè)壁上，然后通過光刻和各向異性的干法刻蝕把源電極表面上多余的介質(zhì)材料去除，從而獲得槽狀的介質(zhì)層；有機介質(zhì)層通過旋涂技術(shù)來沉積介質(zhì)薄膜，經(jīng)過退火處理后再通過光刻技術(shù)定義圖形，最后通過刻蝕技術(shù)把漏電極表面上多余的介質(zhì)材料去除，從而獲得槽狀的介質(zhì)層；在所述步驟(5)中，制備有機半導(dǎo)體層的具體方法為有機半導(dǎo)層通過慢速的旋涂技術(shù)來制備薄膜，使其具有很好的臺階覆蓋性；然后通過各向異性的干法刻蝕把側(cè)壁以外的有機半導(dǎo)體材料去除，形成圖形化的有源層；在所述步驟(6)中，制備平面的漏電極的具體方法為首先通過光刻技術(shù)把柵電極和介質(zhì)層保護(hù)起來，然后通過真空熱物理沉積、電子束沉積或者濺射技術(shù)來沉積金屬電極薄膜；或者，采用噴墨打印或旋涂技術(shù)來沉積有機物電極薄膜，然后通過剝離的方法去除柵電極區(qū)的光刻膠及多余的電極材料，完成整個晶體管的制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機場效應(yīng)晶體管及其制備方法，屬于有機電子學(xué)領(lǐng)域。所述晶體管包括絕緣襯底以及在絕緣襯底上的源電極、介質(zhì)層、柵電極、有機半導(dǎo)體層和漏電極，源電極位于絕緣襯底上，并與絕緣襯底接觸；有機半導(dǎo)體層位于晶體管中央，上端與漏電極接觸，下端與源電極接觸；柵電極為兩個長條形的柵電極，分別位于有機半導(dǎo)體層的兩側(cè)；介質(zhì)層為槽型，將長條形的柵電極包裹在其槽內(nèi)，介質(zhì)層將柵電極和有機半導(dǎo)體層、源電極、漏電極隔離開。本發(fā)明采用低溫工藝，把溝道由傳統(tǒng)的平面型改進(jìn)為垂直型，通過控制有機半導(dǎo)體層的薄膜厚度控制晶體管的溝道長度，大幅度地降低制備短溝道有機晶體管的難度，從而減少了制備的成本。
文檔編號H01L51/05GK102263201SQ20101018178
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者劉明, 商立偉, 姬濯雨 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所