專利名稱:一種非平面溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種新型非平面溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，是一種近垂直溝道結(jié)構(gòu)的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一種由兩種不同金屬分別作為源漏電極的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
自從Tsumura et al.(Tsumura，A.；Koezuka，H.；Ando，T.Appl.Phys.Lett.1986，49，1210)關(guān)于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的報(bào)道以來(lái)，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其在有源矩陣顯示，有機(jī)集成電路，電子商標(biāo)等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值得到了人們的廣泛關(guān)注。與無(wú)機(jī)晶體管相比，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有低成本，重量輕，柔韌性好等特點(diǎn)。近年來(lái)，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。其中并五苯的場(chǎng)效應(yīng)遷移率已經(jīng)超過(guò)1.5cm2V-1s-1(Nelson，S.F.；Lin，Y.Y.；Gundlach，D.J.；Jackson，T.N.Appl.Phys.Lett.1998，72，1854)，已經(jīng)可以和無(wú)定形硅相媲美。紅熒烯的單晶場(chǎng)效應(yīng)遷移率高達(dá)15cm2V-1s-1(Sundar，V.C.；Zaumseil，J.；Podzorov，V.；Menard，E.；Willett，R.L.；Someya，T.；Gershenson，M.E.；Rogers，J.A.Science 2004，303，1644)。
減小尺寸是有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備高集成電路的必經(jīng)之路，這是因?yàn)闇系篱L(zhǎng)度的降低可以提高晶體管的工作速度。目前，人們采用多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，如光刻，印刷等等(1Touwslager，F(xiàn).J.；Willard，N.P.；de Leeuw，D.M.Appl.Phys.Lett.2002，81，4556.2Leufgen，M.；Lebib，A.；Muck，T.；Bass，U.；Wagner，V.；Borzenko，T.；Schmidt，G.；Geurts，J.；Molenkamp，L.W.Appl.Phys.Lett.2004，84，1582)，但是這些方法仍然存在問(wèn)題。為了進(jìn)一步降低溝道長(zhǎng)度，人們引入垂直結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)(1Stutzmann，N.；Friend，R.H.；Sirringhaus，H.Science 2003，299，1881.2Parashkov，R.；Becker，E.；Hartmann，S.；Ginev，G.；Schneider，D.；Krautwald，H.；Dobbertin，T.；Metzdorf，D.；Brunetti，F(xiàn).；Schildknecht，C.；Kammoun，A.；Brandes，M.；Riedl，T.；Johannes，H.H.；Kowalsky，W.Appl.Phys.Lett.2003，82，4579.3Parashkov，R.；Becker，E.；Ginev，G.；Riedl，T.；Brandes，M.；Johannes，H.H.；Kowalsky，W.Appl.Phys.Lett.2004，85，5751.)。由于垂直結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的溝道長(zhǎng)度是由絕緣層的厚度決定，因此可以很容易控制溝道長(zhǎng)度。但是這種結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)柵極的有效調(diào)控，從而導(dǎo)致此類晶體管具有較小的開(kāi)關(guān)比。此外，有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于在同一材料、同一器件中實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和光發(fā)射的集成，成為目前研究熱點(diǎn)(1Hepp，A.；Heil，H.；Weise，W.；Ahles，M.；Schmechel，R.；Seggern，H.V.Phys.Rev.Lett.2003，91，157406.2Ahles，M.；Hepp，A.；Schmechel，R.；Seggern，H.V. Appl.Phys.Lett.2004，84，428.)它最大程度上簡(jiǎn)化了器件制備工藝，成本低廉，有廣闊的前景。而這種結(jié)構(gòu)需要溝道中同時(shí)存在空穴和電子，同時(shí)由兩種不同金屬構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以實(shí)現(xiàn)這一目的，但是利用目前所采用的下電極結(jié)構(gòu)很難構(gòu)筑具有不同源漏金屬電極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在于提供一種新型的非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的在于這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)溝道長(zhǎng)度小于1微米的近垂直溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和同時(shí)由兩種不同金屬作為源漏電極的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，為近垂直溝道結(jié)構(gòu)，包括襯底、柵極電極、絕緣層、源漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體；其在襯底上沉積和圖案化柵極以后，順次構(gòu)筑第一層絕緣層、源電極、第二層絕緣層和漏電極，最后沉積有機(jī)半導(dǎo)體層，至少包括一層有機(jī)膜。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其所述襯底，是由玻璃、陶瓷、聚合物、硅片其中之一制成。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其所述柵極和源漏電極，是由具有低電阻的材料構(gòu)成，包括金、銀、鋁、銅等各種金屬及合金材料以及金屬氧化物(如氧化銦錫)導(dǎo)電材料，沉積方法可以是真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積等各種沉積方法。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其所述絕緣材料具有良好的介電性能，包括無(wú)機(jī)絕緣材料二氧化硅、氮化硅和有機(jī)絕緣材料，制備方法可以是等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積、熱氧化、甩膜或真空蒸鍍等。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其所述有機(jī)半導(dǎo)體是具有場(chǎng)效應(yīng)性能的有機(jī)材料，包括有機(jī)小分子材料、高分子聚合物材料或它們混合物，成膜方式可以是真空蒸鍍、甩膜、滴膜、印刷等技術(shù)。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟第一步，柵極金屬的沉積及圖案化用乙醇、丙酮超聲清洗、去離子水沖洗的襯底，經(jīng)氮?dú)獯蹈珊秃嫦浜娓?，之后勻膠、曝光、顯影、蒸鍍至少一層金屬、剝離，得到圖案化的柵極電極。
第二步，第一層絕緣層的沉積將柵極圖案化以后的襯底采用絕緣層成膜方式沉積至少一層絕緣層。
第三步，源極電極的沉積及其圖案化在沉積有第一層絕緣層的襯底上，經(jīng)過(guò)勻膠、曝光、顯影之后，蒸鍍至少一層金屬、剝離，得到圖案化的源電極。
第四步，第二層絕緣層的沉積在源極電極和第一層絕緣層上采用成膜方式沉積至少一層絕緣層。
第五步，第二層金屬電極的沉積及其圖案化在第二層絕緣層上，勻膠、曝光、顯影之后，蒸鍍至少一層金屬、剝離，得到圖案化的源電極，最后刻蝕第二層絕緣層得到溝道。
第六步，有機(jī)半導(dǎo)體材料的沉積及器件測(cè)試將制備好的下電極結(jié)構(gòu)晶體管上，采用有機(jī)物成膜方法得到厚度為50～150納米的有機(jī)層；將制備好的非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在大氣環(huán)境下室溫下測(cè)試后，得成品。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其所述非平面溝道為源漏電極不在同一水平面上，導(dǎo)電溝道為一斜坡，溝道的傾斜角度隨著溝道長(zhǎng)度的降低逐漸增大。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其所述金屬層的厚度為30～300納米；所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其所述溝道長(zhǎng)度0.3～150微米。
所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其所述有機(jī)物成膜方法，為真空蒸鍍、甩膜、滴膜、印刷；有機(jī)物為聚合物時(shí)，采用甩膜、滴膜、印刷；為小分子時(shí)真空蒸鍍、甩膜、滴膜、印刷。
本發(fā)明有具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)1本發(fā)明制備的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以通過(guò)光刻技術(shù)和絕緣層厚度兩種方法控制導(dǎo)電溝道的長(zhǎng)度，可利用普通光刻技術(shù)將導(dǎo)電溝道長(zhǎng)度減小到1微米以下。
2本發(fā)明公開(kāi)的方法，與其它方法相比，可利用同一工藝制備從近平面溝道結(jié)構(gòu)到近垂直溝道結(jié)構(gòu)的溝道具有各種傾角的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
3本發(fā)明公開(kāi)的方法，源漏電極為兩次沉積制備，可以任意改變?cè)绰╇姌O的組成，易于制備由兩種不同金屬作為源漏電極的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管有應(yīng)用價(jià)值。
圖1為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的有機(jī)材料分子式；圖2為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備流程圖；其中，圖2(a)為柵極制備及其圖案化，圖2(b)為第一層絕緣層的沉積，圖2(c)為源金屬電極的沉積及其圖案化，圖2(d)為第二層絕緣層的沉積，圖2(e)為漏金屬電極的沉積及其圖案化，圖2(f)為具有較小溝道傾角的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，圖2(g)為近垂直溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管；圖3為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備器件的原子力顯微鏡圖；其中，圖3(a)的溝道長(zhǎng)度為6微米，圖3(b)的溝道長(zhǎng)度為3微米，圖3(c)的溝道長(zhǎng)度為500納米；圖4為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管基于CuPc的非平面溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線和轉(zhuǎn)移曲線圖；其中，圖4(a)的溝道長(zhǎng)度為6微米，圖4(b)的溝道長(zhǎng)度為3微米，圖4(c)的溝道長(zhǎng)度為500納米。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1圖1所示的是用于制備本發(fā)明的有機(jī)材料的分子式，為酞菁銅(CuPc)。
圖2所示的為本發(fā)明的非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備流程圖；其中，圖2(a)為柵極制備及其圖案化，圖2(b)為第一層絕緣層的沉積，圖2(c)為源金屬電極的沉積及其圖案化，圖2(d)為第二層絕緣層的沉積，圖2(e)為漏金屬電極的沉積及其圖案化，圖2(f)為具有較小溝道傾角的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，圖2(g)為近垂直溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管依次包括襯底、絕緣層、柵極電極、源漏電極、有機(jī)層。其中襯底可由以下材料制成玻璃、陶瓷、聚合物、硅片其中之一制成。絕緣層可為無(wú)機(jī)絕緣層和有機(jī)絕緣層，包括二氧化硅、氮化硅、聚乙烯醇等。電極可由金、銀、鋁、銅、鎂等各種金屬及合金材料以及氧化物(如氧化銦錫)導(dǎo)電材料組成。有機(jī)層可為單層、雙層，可以是一種材料也可是混合材料。
圖3為制備器件的原子力顯微鏡圖，其中，圖3(a)的溝道長(zhǎng)度為6微米，圖3(b)的溝道長(zhǎng)度為3微米，圖3(c)的溝道長(zhǎng)度為500納米。下面舉例對(duì)溝道長(zhǎng)度為6微米，源漏電極均為金電極基于CuPc的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(圖3(a))的制備加以說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。
第一步，柵極電極的制備將硅片經(jīng)乙醇、丙酮超聲、去離子水沖洗、氮?dú)獯蹈珊?，烘干，將硅襯底置于等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)內(nèi)，分別沉積二氧化硅和氮化硅，厚度分別為150納米，之后甩涂光刻膠(AZ 5124)，烘干后曝光，然后采用AZ顯影液顯影，將該襯底置于真空系統(tǒng)內(nèi)，在2×10-4Pa的真空條件下，蒸鍍金電極，厚度為100納米，最后采用丙酮、乙醇超聲、去離子水沖洗后(剝離)吹干，得到圖案化的柵極電極。
第二步，第一層絕緣層的沉積將制備好柵極的襯底置于等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)內(nèi)，分別沉積二氧化硅和氮化硅，厚度分別為150納米。
第三步，源電極的制備按第一步的步驟，唯一不同的是金電極的厚度為200納米。得到圖案化的源電極。
第四步，第二層絕緣層的沉積按第二步的步驟，得到第二層絕緣層。
第五步，漏電極的制備按第一步的步驟，唯一不同的是金電極的厚度為200納米。得到圖案化的漏電極。然后經(jīng)離子體清洗兩分鐘、后用濕法刻蝕絕緣層后，用丙酮、乙醇超聲、去離子水沖洗、烘干。得到電極結(jié)構(gòu)。
第六步，有機(jī)半導(dǎo)體層的制備及測(cè)試在真空度為4×10-4Pa的條件下以2/s的速度蒸鍍CuPc，厚度為80納米。之后利用HP4140B半導(dǎo)體測(cè)試儀對(duì)器件性能進(jìn)行測(cè)試?；谠摻Y(jié)構(gòu)的CuPc遷移率為3.2×10-3cm2V-1s-1，開(kāi)關(guān)比為104。
圖3(a)為為本發(fā)明的溝道長(zhǎng)度為6微米，源漏電極均為金電極的電極結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡圖。
參見(jiàn)圖4，是基于CuPc的非平面溝道有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線和轉(zhuǎn)移曲線圖，其中，圖4(a)的溝道長(zhǎng)度為6微米，圖4(b)的溝道長(zhǎng)度為3微米，圖4(c)的溝道長(zhǎng)度為500納米。圖4(a)為本發(fā)明的溝道長(zhǎng)度為6微米，源漏電極均為金電極基于CuPc的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線和轉(zhuǎn)移曲線圖。
實(shí)施例2按實(shí)施例1的制備，唯一不同的是控制溝道長(zhǎng)度為3微米，基于CuPc的遷移率為1.2×10-3cm2V-1s-1，開(kāi)關(guān)比為103。
圖3(b)為為本發(fā)明的溝道長(zhǎng)度為3微米，源漏電極均為金電極的電極結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡圖圖4(b)為本發(fā)明的溝道長(zhǎng)度為3微米，源漏電極均為金電極基于CuPc的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線和轉(zhuǎn)移曲線圖。
實(shí)施例3按實(shí)施例1的制備，唯一不同的是絕緣層的厚度控制溝道長(zhǎng)度為500納米，制備了近垂直溝道的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，基于CuPc的遷移率為1.2×10-4cm2V-1s-1，開(kāi)關(guān)比為30。
圖3(c)為為本發(fā)明的溝道長(zhǎng)度為500納米，源漏電極均為金電極的電極結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡圖圖4(c)為本發(fā)明的溝道長(zhǎng)度為500納米，源漏電極均為金電極基于CuPc的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出曲線和轉(zhuǎn)移曲線圖。
實(shí)施例4按實(shí)施例1的制備，唯一不同的是源漏電極為金和鋁，以金電極為源極測(cè)得基于CuPc的遷移率為2.6×10-3cm2V-1s-1，開(kāi)關(guān)比為103，以鋁電極為源極測(cè)得遷移率為3×10-6cm2V-1s-1，開(kāi)關(guān)比為300。
實(shí)施例5按實(shí)施例1的制備，唯一不同的是源漏電極均為鋁，測(cè)得基于CuPc的遷移率為2.6×10-6cm2V-1s-1，開(kāi)關(guān)比為103。
表1是基于酞菁銅的非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，為近垂直溝道結(jié)構(gòu)，包括襯底、柵極電極、絕緣層、源漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體；其特征在于，在襯底上沉積和圖案化柵極以后，順次構(gòu)筑第一層絕緣層、源電極、第二層絕緣層和漏電極，最后沉積有機(jī)半導(dǎo)體層，至少包括一層有機(jī)膜。
2.如權(quán)利要求
1所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述襯底，是由玻璃、陶瓷、聚合物、硅片其中之一制成。
3.如權(quán)利要求
1所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述柵極和源漏電極，是由具有低電阻的材料構(gòu)成，包括金、銀、鋁、銅及它們的金屬合金材料以及金屬氧化物導(dǎo)電材料；沉積方法是真空熱蒸鍍、磁控濺射、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積方法。
4.如權(quán)利要求
3所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述金屬氧化物導(dǎo)電材料，為氧化銦錫。
5.如權(quán)利要求
1所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述絕緣材料具有良好的介電性能，包括無(wú)機(jī)絕緣材料二氧化硅、氮化硅和有機(jī)絕緣材料，制備方法是等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積、熱氧化、甩膜或真空蒸鍍。
6.如權(quán)利要求
1所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述有機(jī)半導(dǎo)體是具有場(chǎng)效應(yīng)性能的有機(jī)材料，包括有機(jī)小分子材料、高分子聚合物材料或它們的混合物，成膜方式是真空蒸鍍、甩膜、滴膜、印刷技術(shù)。
7.如權(quán)利要求
1所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，柵極金屬的沉積及圖案化用乙醇、丙酮超聲清洗、去離子水沖洗的襯底，經(jīng)吹干和烘箱烘干，勻膠、曝光、顯影之后，蒸鍍至少一層金屬、剝離，得到圖案化的柵極電極；第二步，第一層絕緣層的沉積將柵極圖案化以后的襯底采用絕緣層成膜方式沉積至少一層絕緣層；第三步，源極電極的沉積及其圖案化在沉積有第一層絕緣層的襯底上，經(jīng)過(guò)勻膠、曝光、顯影之后，蒸鍍至少一層金屬、剝離，得到圖案化的源電極；第四步，第二層絕緣層的沉積在源極電極和第一層絕緣層上采用成膜方式沉積至少一層絕緣層；第五步，第二層金屬電極的沉積及其圖案化在第二層絕緣層上，勻膠、曝光、顯影之后，蒸鍍至少一層金屬、剝離，得到圖案化的漏電極，最后刻蝕第二層絕緣層得到溝道；第六步，有機(jī)半導(dǎo)體材料的沉積及器件測(cè)試將在制備好的下電極結(jié)構(gòu)晶體管上，采用有機(jī)物成膜方法得到厚度為50～150納米的有機(jī)層；將制備好的非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在大氣環(huán)境下室溫測(cè)試后，得成品。
8.如權(quán)利要求
7所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述第六步中非平面溝道，為源、漏電極不在同一水平面上，導(dǎo)電溝道為一斜坡，溝道的傾斜角度隨著溝道長(zhǎng)度的降低逐漸增大。
9.如權(quán)利要求
7所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述金屬層的厚度為30～300納米。
10.如權(quán)利要求
7或8所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述溝道長(zhǎng)度0.3～150微米。
11.如權(quán)利要求
7所述的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)物成膜方法，為真空蒸鍍、甩膜、滴膜、印刷；有機(jī)物為聚合物時(shí)，采用甩膜、滴膜、印刷；為小分子時(shí)真空蒸鍍、甩膜、滴膜、印刷。
專利摘要
本發(fā)明是一種非平面溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，包括襯底、柵極電極、絕緣層、源漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體；其在襯底上沉積和圖案化柵極以后，順次構(gòu)筑第一層絕緣層、源電極、第二層絕緣層和漏電極，最后沉積有機(jī)半導(dǎo)體層，至少包括一層有機(jī)膜。本發(fā)明金屬層的厚度為30～300納米，溝道長(zhǎng)度0.3～150微米。
文檔編號(hào)H01L51/40GK1996636SQ200510130758
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年12月28日
發(fā)明者于貴, 狄重安, 劉洪民, 劉云圻, 劉新宇, 徐新軍, 孫艷明, 王鷹, 吳德馨, 朱道本 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所, 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan