一種金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體納米材料與器件領(lǐng)域，特別是一種金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于信息存儲(chǔ)、傳遞及其處理的依賴程度日益增加。而半導(dǎo)體器件和工藝技術(shù)作為信息的存儲(chǔ)、傳遞及其處理的主要載體和物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)已成為眾多科學(xué)家爭(zhēng)相研宄的熱點(diǎn)。薄膜晶體管，作為一種非常重要的半導(dǎo)體器件，在信息存儲(chǔ)、傳遞和處理等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。然而，截至目前為止，現(xiàn)有大規(guī)模使用薄膜晶體管，是一種基于微電子硅工藝的半導(dǎo)體器件。這種傳統(tǒng)的基于硅微電子工藝薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管存在對(duì)設(shè)備要求高，制備工藝復(fù)雜，成本較高和器件整體性能有限，靈敏度、開關(guān)頻率和速度有限等問(wèn)題。并且，隨著人們對(duì)于高性能薄膜晶體管要求的逐步提升，基于微電子硅工藝的薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管已難以滿足當(dāng)今信息社會(huì)對(duì)高靈敏度、高開關(guān)頻率和開關(guān)速度的薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的需求。
[0003]近年來(lái)，納米材料和納米結(jié)構(gòu)因其具有獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)量子尺寸效應(yīng)，為控制材料性能提供了除控制其化學(xué)組成之外的另一有效手段。尤其是通過(guò)電子束刻蝕技術(shù)獲得圖形化光刻膠，從而通過(guò)光刻膠lift-off工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬膜片陣列制備及其金屬膜片陣列間隙的可控，由于這種金屬膜片陣列材料非常高迀移率和電傳導(dǎo)能力，這種金屬膜片陣列結(jié)構(gòu)將有效降低了電子在導(dǎo)電溝道中阻礙作用，大大提升了這種復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)電溝道中電子迀移率，這將為制備金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管提供了可能。此夕卜，由于金屬膜片陣列在復(fù)合導(dǎo)電溝道規(guī)則分布，將間接縮短了薄膜晶體管的有效溝道長(zhǎng)度，從而很大程度上可以有效提升這種金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的輸入特性和轉(zhuǎn)移特性，因此，這為有機(jī)半導(dǎo)體導(dǎo)電溝道為基礎(chǔ)的新型薄膜晶體管制備提供了一種可能和新思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法，制備方法新穎，制作成本低，制備工藝簡(jiǎn)單，器件性能靈活可控。
[0005]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的制備方法，具體包括以下步驟；
步驟S1:選取一硅/ 二氧化硅襯底，所述的硅/ 二氧化硅襯底包括襯底硅以及設(shè)置于襯娃表面的二氧化娃膜；
步驟S2:利用旋涂成膜工藝在所述硅/ 二氧化硅襯底表面制備金屬膜片陣列層；
步驟S3:制備有機(jī)半導(dǎo)體層，得到金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層，并將所述的金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層作為導(dǎo)電溝道； 步驟S4:在步驟S3得到的覆蓋有金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的硅/ 二氧化硅襯底上制備金屬電極，得到金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極；
步驟S5:采用有機(jī)物封裝，得到金屬量子點(diǎn)/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟S2具體為:將娃/ 二氧化娃襯底采用硫酸與雙氧水的混合溶液高溫清洗，并采用旋涂工藝在硅/二氧化硅襯底的二氧化硅膜表面涂覆一層光刻膠，利用電子束刻蝕光刻技術(shù)將待生長(zhǎng)金屬膜片陣列處的光刻膠刻蝕去除，并通過(guò)蒸鍍工藝技術(shù)在圖形化的光刻膠上生長(zhǎng)一層金屬膜，接著將生長(zhǎng)了金屬膜的硅/ 二氧化硅襯底在丙酮溶液中超聲形成金屬膜片陣列，制得覆蓋了金屬膜片陣列層的硅/ 二氧化硅襯底。較佳地，本發(fā)明采用lift Off工藝，在沒(méi)有光刻膠覆蓋的地方的金屬膜會(huì)保留下來(lái)，而有光刻膠覆蓋地方的金屬膜會(huì)在超聲過(guò)程中隨著光刻膠剝離下來(lái)。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟S3具體為:將有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液旋涂在覆蓋了金屬膜片陣列層的硅/ 二氧化硅襯底的金屬膜片陣列層表面，并采用熱處理固化，在金屬膜片陣列層表面上制備有機(jī)半導(dǎo)體層，得到金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層。
[0008]進(jìn)一步的，所述步驟S4具體為:在覆蓋有金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的娃/二氧化娃襯底的金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層表面以及娃/二氧化娃襯底的娃襯底表面分別采用圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝形成Cr/Au復(fù)合金屬電極，分別作為金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟S5具體為:將聚酰胺酸溶液旋涂在覆蓋有金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的硅/二氧化硅襯底的金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層表面形成膜，并采用階梯溫度熱處理方式實(shí)現(xiàn)聚酰胺酸的聚酰亞胺化，得到金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管。
[0010]進(jìn)一步的，所述娃/ 二氧化娃襯底面積為IcmX Icm ;其中二氧化娃膜作為金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的絕緣層，所述二氧化硅膜的厚度為30-300nm ;所述光刻膠的厚度為10-1OOOnm ;其中金屬膜片陣列中單個(gè)金屬膜片單元的面積為I μπι-5 UmX I μπι-20 μπι ;金屬膜片單元間間隙為20nm-1000nm ;金屬膜片陣列的厚度為 20nm_50nmo
[0011]進(jìn)一步的，所述的有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液包括并五苯以及PED0T/PSS ;其中所述將有機(jī)半導(dǎo)體前驅(qū)體溶液旋涂在覆蓋了金屬膜片陣列層的硅/二氧化硅襯底的金屬膜片陣列層表面的旋涂工藝轉(zhuǎn)數(shù)為1000-3000rpm ;所述的熱處理溫度為80-150°C和所述的熱處理的時(shí)間分別為0.5-3.0h ;所述的有機(jī)半導(dǎo)體層厚度為5nm-30nm。
[0012]進(jìn)一步的，所述源極與漏極設(shè)置于復(fù)合膜層表面，間距為10-50 μ m，所述的柵極設(shè)置于襯底背面；所述的圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝為采用圖形化的金屬掩膜覆蓋在覆蓋有金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層的硅/二氧化硅襯底的金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合膜層表面，然后在其表面進(jìn)行蒸鍍。
[0013]進(jìn)一步的，所述階梯溫度熱處理方式為120°C /I h，180°C /I h，250°C/l h，300°C/I h0
[0014]具體的，本發(fā)明的制備方法為:
(I)取IcmX Icm大小、氧化層厚度為30?300nm的娃/ 二氧化娃襯底。將該娃/ 二氧化硅襯底在濃硫酸/少量雙氧水溶液中高溫清洗30min，并采用旋涂工藝將在硅/ 二氧化硅襯底表面涂覆一層光刻膠，利用電子束刻蝕光刻技術(shù)將生長(zhǎng)金屬膜片陣列處光刻膠刻蝕去除，并通過(guò)蒸鍍工藝技術(shù)在圖形化的光刻膠上生長(zhǎng)一層20nm-50nm金屬膜(金、銀、銅)，隨后將生長(zhǎng)了金屬膜樣片在丙酮溶液中超聲形成金屬(金、銀、銅)膜片陣列，制得覆蓋金屬膜片陣列的硅/二氧化硅樣片。
[0015](2)采用1000-3000rpm轉(zhuǎn)速將有機(jī)半導(dǎo)體如并五苯或PEDOT/PSS的氯苯溶液旋涂到涂覆了金屬膜片陣列的硅/ 二氧化硅襯底樣片上，并在80-150°C溫度條件下熱處理0.5-3.0h，及在金屬膜片陣列上形成一層有機(jī)半導(dǎo)體層。
[0016](3)在制備了金屬膜片陣列層、有機(jī)半導(dǎo)體層的娃/ 二氧化娃襯底樣片上采用圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝形成Cr/Au復(fù)合金屬電極，分別作為金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體復(fù)合導(dǎo)電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極；其中源極、漏極和柵極面積為200 μ mX 300 μ m，源極與漏極間距為10-50 μ m。
[0017](4)采用1000-3000rpm轉(zhuǎn)速、60s旋涂時(shí)間將聚酰胺酸溶液旋涂到已經(jīng)制備了金屬膜片陣列層、有機(jī)半導(dǎo)體層并鍍電極后的硅/ 二氧化硅樣片上，并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的熱處理聚酰亞胺化，即在金屬膜片陣列層上形成一層有機(jī)絕緣隔封裝保護(hù)層。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于常規(guī)的旋涂成膜工藝技術(shù)及其光刻膠lift-off工藝技術(shù)制備出金屬膜片陣列/有機(jī)半導(dǎo)體材料復(fù)合導(dǎo)電溝道，并進(jìn)一步通過(guò)旋涂有機(jī)物實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬膜片陣列/有機(jī)