制造顶栅有机半导体晶体管的方法技术

本发明专利技术提供了一种制造顶栅有机半导体晶体管的方法，包括：提供一衬底；在该衬底上沉积源电极和漏电极；在源电极和漏电极之间的沟道沉积有机半导体材料，并且覆盖源电极和漏电极的至少一部分；在该有机半导体材料上沉积电介质材料；在电介质材料和沟道中的有机半导体材料上沉积栅电极；去除该电介质材料和有机半导体制料的一部分，其中，在该去除步骤期间，该栅电极作为掩模来保护其下方的有机半导体材料和电介质材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种制造顶栅有机半导体场效应晶体管的方法。更具体地，本发 明涉及对形成有机场效应晶体管的一部分的有机半导体层和电介质层的图形化。
技术介绍
晶体管可分为两种主要类型双极结型晶体管和场效应晶体管。两种类型都共享 一个相同的结构，包括具有半导体材料的三个沉积在沟道区域之间的电极。双极结晶体管 公知的三个电极是发射极、集电极和基极；而在场效应晶体管中公知的三个电极是源极、漏 极和栅极。双极结晶体管可被描述为电流控制器件，即发射极和集电极之间的电流由流经 基极和发射极之间的电流控制。相反，场效应晶体管可被描述为电压控制器件，即流经源电 极和漏电极之间的电流由该栅电极和该源电极之间的电压控制。分别根据其包括的半导体材料是传导正电荷载流子(空穴)还是负电荷载流子 (电子)，晶体管还可分为P型和η型。半导体材料可根据其接收、传导和释放电荷的能力 来选择。半导体材料接收、传导和释放空穴或电子的能力可通过掺杂材料来增强。用于源 电极和漏电极的材料还可以根据其接收和注入空穴或电子的能力来选择。例如，ρ型晶体管器件可以通过选择接收、传导和释放空穴的效率高的半导体材料 以及选择从半导体材料注入和接收空穴的效率高的用于形成源电极和漏电极的材料来形 成。在电极中的费米能级与半导体材料的HOMO能级的良好能级匹配可增强空穴的注入和 接收。相反，η型晶体管器件可以通过选择接收、传导和释放电子的效率高的半导体材料 以及选择从半导体材料注入和接收电子的效率高的用于形成源电极和漏电极的材料来形 成。在电极中的费米能级与半导体材料的LUMO能级的良好能级匹配可增强电子的注入和 接收。晶体管可通过在薄膜中沉积部件来形成薄膜晶体管(TFT)。当这个器件中有机材 料被用作半导体材料时，其就是公知的有机薄膜晶体管(OTFT)。用于有机薄膜晶体管的各种布置都是公知的。这些器件的一种是绝缘栅场效应晶 体管，其包括源电极和漏电极，具有在其间的沟道区域沉积的半导体材料，栅电极相邻于半 导体材料沉积，并且绝缘材料层沉积在栅电极和沟道区域中的半导体材料之间。OTFT可通过低成本、低温方法来制造，例如溶液工艺。再者，OTFT还兼容柔性塑料 衬底，这为在柔性衬底上以成卷法工艺(roll to roll process)制造大规模的OTFT提供 了前景。在有机薄膜晶体管的顶部配置栅电极从而形成所谓顶栅有机薄膜晶体管是公知 的。顶栅有机薄膜晶体管的一个例子可参见US6734505。在这种结构中，源电极和漏电极相隔离的被沉积在衬底上，并且在它们之间限定 出沟道区域。有机半导体材料层在沟道区域中沉积，从而连接源电极和漏电极，并且可以至 少部分地在源电极和漏电极上延伸。电介质材料的绝缘层在有机半导体材料上沉积，并且 也可以至少部分地在源电极和漏电极上延伸。栅电极沉积在该绝缘层之上并位于沟道区域之上。衬底可以是刚性或柔性的。刚性衬底可选自玻璃或硅，而柔性衬底可包括薄玻璃 或者诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯和聚酰亚胺的 塑料。通过采用合适的溶剂，能够使有机半导体材料为溶液可处理的。实例性溶剂包括 诸如甲苯和二甲苯的单或聚烷基苯、1，2，3，4-四氢化萘和三氯甲烷。优选的溶液沉积技术 包括旋涂和喷墨印刷。其他溶液沉积技术包括浸涂、卷辊印刷(roll printing)和丝网印 刷。优选的有机半导体材料包括诸如选择性取代并五苯的小分子；诸如聚芳撑的选择 性取代聚合物(特别是聚芴和聚噻吩)以及低聚物。可以使用材料的混合物包括不同类型 材料(例如聚合物和小分子的混合物)的混合物。对于ρ沟道的0TFT，源电极和漏电极优选包括高功函数的材料，优选具有大于 3. 5eV功函数的金属，例如金、钼、钯、钼、钨或铬。更优选具有从4. 5至5. 5eV范围的功函 数的金属。也可以采用其他合适的化合物、合金以及氧化物，例如三氧化钼和氧化铟锡。源 电极和漏电极可通过热蒸发来沉积，并且采用本领域公知的标准光刻技术和剥离技术来图 形化。可选的，可沉积导电聚合物来作为源电极和漏电极。这种导电聚合物的一个实例 是聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)，然而其他导电聚合物也是本领域公知的。这种导电聚合物可采 用诸如旋涂或喷墨印刷技术以及其他如上所述的溶液沉积技术由溶液来沉积。对于η沟道0TFT，源电极和漏电极优选的材料包括例如诸如钙或钡或金属化合 物薄层(特别是碱或碱土金属的氧化物或氟化物，例如氟化锂、氟化钡和氧化钡)的具有小 于3. 5eV的功函数的金属材料。可选的，可沉积导电聚合物来作为源电极和漏电极。在源电据和漏电极之间限定的沟道的长度可达500微米，但优选的长度为小于 200微米，更优选为小于100微米，最优选为小于20微米。栅电极可选自广泛的导电材料，例如金属(如金)或金属化合物(如氧化铟 锡)。可选的，可沉积导电聚合物来作为栅电极。这种导电聚合物可采用诸如旋涂或喷墨印 刷技术以及其他如上所述的溶液沉积技术从溶液来沉积。栅电极、源电极和漏电极的厚度可在5-200nm的范围，而例如通过原子力显微镜 (AFM)测量的典型值是50nm。包括电介质层的绝缘层选自具有高电阻率的绝缘材料。尽管希望电介质材料具有 高的k值，但是对于OTFT来说，由于可达到的电容量与k成正比，而漏电流ID与电容量成 正比，因此电介质材料的电介质常数k的典型值大约为2-3。因此，为了在低工作电压的情 况下得到大的漏电流，OTFF优选在沟道区域中具有薄的电介质层。电介质材料可以是有机或无机的。优选的无机材料包括Si02、SiNx和旋涂玻璃 (SOG)。优选的有机材料通常为聚合物和包括诸如来自道康宁(DowCorning)的聚乙烯醇 (PVA)、聚乙烯基吡咯烷(PVP)、如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸酯以及苯并环丁烷 (BCBs)的绝缘聚合物。绝缘层可由混合材料来形成，或者包括多层结构。电介质材料可通过本领域公知的热蒸发、真空工艺或层压技术来沉积。可选的，电 介质材料可采用诸如旋涂或喷墨印刷技术以及其他如上所述的溶液沉积技术从溶液来沉积。在顶栅结构中，将溶液沉积到有机半导体上来沉积电介质材料，并且不应导致有 机半导体的溶解。避免这种溶解的技术包括采用正交溶剂来用作沉积最上层的溶剂，其不 会溶解下层；并且交联至下层。绝缘层的厚度优选为小于2微米，更优选为小于500nm。在器件结构中还可包括其他层。例如，自组装单分子层(SAM)可沉积在栅电极、源 电极或漏电极、衬底、绝缘层和有机半导体材料上，以此来提升结晶性、减小接触电阻、修复 表面特性以及提高所需地方的附着力。特别是，沟道区域的电介质表面可配置包括粘合区 域和有机区域的单分子层来提高器件的性能，例如通过改进有机半导体的形态(特别是聚 合物对准和结晶度)以及覆盖电荷陷阱，特别是对于高k的电介质表面。用作这种单分子 层的材料的实例包括具有长烷基链的氯代或烷氧基硅烷，例如十八烷基三氯硅烷。类似地， 可提供具有SAM的源电极和漏电极，从而改善有机半导体和电极之间的接触。例如，可提供 具有SAM的金SD电极，SAM包括硫醇粘合基团以及用于改善接触的具有高偶极矩的、掺杂 剂的或者共轭部分的基团。为了制造如有源背板显示阵列的有机电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造顶栅有机半导体晶体管的方法，包括以下步骤：提供衬底；在该衬底之上沉积源电极和漏电极；在该源电极和漏电极之间的沟道中以及所述源电极和漏电极的至少一部分之上沉积有机半导体材料；在该有机半导体材料之上沉积电介质材料；在所述电介质材料和所述沟道中的所述有机半导体材料之上沉积栅电极；去除所述电介质材料和所述有机半导体材料的一部分，其中在所述去除步骤期间，所述栅电极用作屏蔽底下的有机半导体材料和电介质材料的掩模。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J布鲁格斯，G怀廷，J豪斯，
申请(专利权)人：剑桥显示技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB