基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法技术

一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，源漏电极采用印刷的方式制备，沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义，所述疏水功能条纹由底层的亲水层和上层的疏水层构成。疏水功能条纹及源漏电极制备方法如下：1)在承载体上制备亲水层并进行退火处理；2)在亲水层上喷墨印刷制备具有咖啡环的疏水聚合物线图案；3)对步骤2)所制备的样品进行等离子体处理，经退火处理得到疏水功能条纹；4)在疏水功能条纹上印刷图形宽度大于疏水功能条纹宽度的导电墨水，并经退火形成短沟道对电极；5)去除疏水功能条纹。本发明专利技术可以制备微米级甚至亚微米级长度的短沟道对电极，所制备的源漏电极沟道长度分散性小，且工艺简单，成本低。

Method for preparing short channel thin film transistor based on hydrophilic hydrophobic effect

A method for preparation of hydrophilic and hydrophobic effect of short channel based on thin film transistor, the source electrode and the drain electrode by means of printing preparation, width is defined by the channel length of hydrophobic stripes, the stripes from the hydrophobic hydrophilic hydrophobic functional layer and the upper layer of the bottom of the form. The following hydrophobic function fringe and source drain electrode preparation method: 1) to the carrier preparation of hydrophilic and annealed; 2) in the hydrophilic layer of ink-jet printing were prepared with a coffee ring hydrophobic polymer line pattern; 3) to step 2) samples prepared by plasma treatment, the function of hydrophobic stripes after annealing treatment; 4) conductive ink printing pattern width greater than the width of the fringes in the function of hydrophobic hydrophobic function stripes, and then annealed to form short channel electrode; 5) removal of hydrophobic stripes. The invention can be used for preparing short channel pairs of electrodes with micron level or even sub micron length, and the length of the channel of the source drain electrode is small, the process is simple, and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法。
技术介绍
氧化物薄膜晶体管，作为实现电信号处理、控制与传输功能的基础元件，广泛应用于平板显示、柔性电子领域及智能电子等新兴领域。与传统的硅基微电子器件相比，氧化物薄膜晶体管在性能、稳定性和集成度等方面还存在很大的差距。通过缩短氧化物薄膜晶体管的沟道长度，既可提高氧化物薄膜晶体管的工作速度，又能提高器件的集成度。提高氧化物薄膜晶体管的工作速度一般通过提高氧化物半导体材料的迁移率、减小沟道长度以及减少寄生电容等方式实现。实现短沟道氧化物薄膜晶体管的制备，一般采用传统的光刻技术或者离子刻蚀技术，现有的技术虽然能有效实现短沟道氧化物器件的制备，但存在材料浪费、工艺复杂，成本高，刻蚀效率低，无法大面积生产和容易对下层膜层造成损伤等问题。印刷技术被认为是可以解决上述问题的一条有效途径，但由于目前的印刷技术受限于普通喷墨印刷系统的机械误差以及液滴在基板的铺展难以控制等因素，难以制备沟道长度小于5μm且沟道长度分散性小的器件阵列。2000年，剑桥大学的Sirringhaus等人在Science报道了利用聚酰亚胺疏水图案对墨滴的排斥作用，打印制备了沟道长度为5μm的有机薄膜晶体管器件，随后该课题组进一步利用刻蚀法获得纳米尺寸的疏水图案，制备了最窄沟道长度为500nm的有机薄膜晶体管器件。利用表面亲疏水效应虽然是一种构建短沟道器件的有效方式，但由于疏水图案采用光刻或者电子(离子)束刻蚀的方法获取，导致工艺复杂，成本过高，难以实现器件的大面积制备，限制了该方法的实际应用。利用喷墨印刷制备CYTOP疏水咖啡线定义沟道能有效控制沟道的长度，但由于导电墨水无法在CYTOP疏水咖啡线边界位置有效钉扎，造成实际制备的沟道长度大于CYTOP疏水咖啡线的宽度，限制了沟道长度的进一步缩小和沟道长度均一性的提高。因此，针对现有技术不足，本专利技术提出一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法以克服现有技术不足甚为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，该方法使用疏水功能条纹实现对导电墨水的排斥和钉扎，从而实现沟道长度与疏水功能条纹宽度相等的源漏电极对的制备，所制备器件的沟道长度均一性好，且本专利技术工艺简单，成本低，可应用于大面积制备短沟道薄膜晶体管器件。本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：提供一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，源漏电极采用印刷的方式制备，沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义，所述疏水功能条纹由底层的亲水层和上层的疏水层构成。优选的，疏水功能条纹及源漏电极制备方法如下：1)在承载体上制备亲水层并进行退火处理；2)在亲水层上喷墨印刷制备具有咖啡环的疏水聚合物线图案；3)对步骤2)所制备的样品进行等离子体处理，保留疏水聚合物咖啡线及疏水聚合物咖啡线下面被保护的亲水聚合物层，经退火处理得到疏水功能条纹，疏水功能条纹由疏水聚合物咖啡线及疏水聚合物咖啡线下面被保护的亲水聚合物层构成；4)在疏水功能条纹上印刷图形宽度大于疏水功能条纹宽度的导电墨水，并经退火形成短沟道对电极；5)去除疏水功能条纹。优选的，亲水层为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或者聚丙烯酸(PAA)亲水性聚合物材料；疏水层为氟树脂CYTOP、聚四氟乙烯(PTFE)或者聚苯乙烯(PS)疏水性聚合物材料。优选的，上述步骤3)中疏水功能条纹的宽度小于5μm，在步骤4)的制备中，疏水功能条纹的疏水层实现对导电墨水液滴的排斥，疏水功能条纹的亲水层实现对导电墨水液滴的钉扎，制备得到的短沟道对电极的沟道长度与疏水功能条纹宽度相等。优选的，上述步骤2)中所制备疏水聚合物线图案的线宽大于10μm，疏水聚合物咖啡线的线宽小于5μm。优选的，上述步骤2)中，通过调控疏水聚合物墨水的溶剂组分或者打印设备衬底温度，获得具有咖啡环效应的疏水线图案。优选的，上述步骤3)中，疏水功能条纹的疏水咖啡线高度大于2nm。优选的，上述步骤1)中，亲水层的退火温度为80-200℃，退火时间为5-30min，退火处理后的亲水层的厚度大于5nm。所述步骤3)中，经退火处理得到疏水功能条纹，具体是在退火温度100-150℃、退火时间为5-20min的工艺条件下进行退火处理。优选的，上述步骤5)中采用溶剂浸泡处理或者热烧除去除疏水功能条纹。优选的，上述步骤1)中的承载体为玻璃、半导体薄膜或者介质层，在承载体上采用旋涂、提拉、喷涂或者印刷方法制备亲水层。本专利技术基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，源漏电极采用印刷的方式制备，沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义，所述疏水功能条纹由底层的亲水层和上层的疏水层构成。本专利技术的疏水功能条纹在疏水层下引入了亲水层，可实现液滴被排斥后在疏水层边缘的钉扎，从而得到与疏水层宽度相等的沟道长度。本专利技术的方法可以制备微米级甚至亚微米级长度的短沟道对电极，所制备的源漏电极沟道长度分散性小。且本专利技术工艺简单，成本低，可应用于大面积制备短沟道薄膜晶体管器件。附图说明利用附图对本专利技术作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本专利技术的任何限制。图1是本专利技术工艺步骤中在衬底上制备聚合物亲水层的示意图。图2A是本专利技术工艺步骤中在亲水层上喷墨印刷疏水聚合物线图案的示意图；图2B是图2A的剖面视图；图3A是本专利技术工艺步骤中进行等离子体处理的示意图；图3B是得到的疏水功能条纹的示意图；图4A1是本专利技术工艺步骤中在疏水功能条纹上印刷导电墨水图案的示意图；图4A2是图4A1的剖面视图；图4B1是本专利技术工艺步骤中在疏水功能条纹上印刷的导电墨水被排斥及钉轧的效果示意图；图4B2是图4B1的剖面视图；图5A是本专利技术工艺步骤中去除疏水功能条纹的示意图；图5B是图5A的剖面视图；图6是底栅顶接触薄膜晶体管的结构示意图。图7是底栅底接触薄膜晶体管的结构示意图。图8是顶栅顶接触薄膜晶体管的结构示意图。图9是顶栅底接触薄膜晶体管的结构示意图。图10是印刷ITO源漏电极沟道长度分布统计图。图11是本专利技术所制备薄膜晶体管的转移特性曲线图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术的内容及其具体实施步骤作进一步的说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例的范围。实施例1。一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，源漏电极采用印刷的方式制备，沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义，疏水功能条纹由底层的亲水层和上层的疏水层构成。需要说明的是，本技术方案所述的沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义是指沟道的长度与疏水功能条纹的宽度相等。亲水层可为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或者聚丙烯酸(PAA)亲水性聚合物材料；疏水层可为氟树脂CYTOP、聚四氟乙烯(PTFE)或者聚苯乙烯(PS)疏水性聚合物材料。具体的，疏水功能条纹及源漏电极制备方法如下：1)在承载体上制备亲水层并进行退火处理。承载体可以为玻璃、半导体薄膜或者介质层等，在承载体上可以采用旋涂、提拉、喷涂或者印刷方法制备亲水层。亲水层的退火温度为80-200℃，退火时间为5-30min，退火处理后的亲水层的厚度大于5nm。2)在亲水层上喷墨印刷制备具有咖啡环的疏水聚合物线图案。步骤2)中所制备疏水聚合物线图案的线宽大于10μm，疏水聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，其特征在于：源漏电极采用印刷的方式制备，沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义，所述疏水功能条纹由底层的亲水层和上层的疏水层构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，其特征在于：源漏电极采用印刷的方式制备，沟道长度由疏水功能条纹的宽度定义，所述疏水功能条纹由底层的亲水层和上层的疏水层构成。2.根据权利要求1所述的基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，其特征在于，疏水功能条纹及源漏电极制备方法如下：1)在承载体上制备亲水层并进行退火处理；2)在亲水层上喷墨印刷制备具有咖啡环的疏水聚合物线图案；3)对步骤2)所制备的样品进行等离子体处理，保留疏水聚合物咖啡线及疏水聚合物咖啡线下面被保护的亲水聚合物层，经退火处理得到疏水功能条纹，疏水功能条纹由疏水聚合物咖啡线及疏水聚合物咖啡线下面被保护的亲水聚合物层构成；4)在疏水功能条纹上印刷图形宽度大于疏水功能条纹宽度的导电墨水，并经退火形成短沟道对电极；5)去除疏水功能条纹。3.根据权利要求2所述的基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，其特征在于：亲水层为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或者聚丙烯酸亲水性聚合物材料；疏水层为氟树脂CYTOP、聚四氟乙烯或者聚苯乙烯疏水性聚合物材料。4.根据权利要求3所述的基于亲疏水效应制备短沟道薄膜晶体管的方法，其特征在于：所述步骤3)中疏水功能条纹的宽度小于5μm，在步骤4)的制备中，疏水功能条纹的疏水层实现对导电墨水液滴的排斥，疏水功能条纹的亲水层实现对导电墨水液滴的钉扎，制备得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰林锋，李育智，彭俊彪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44