一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，包括以下步骤：步骤A，使用去污粉对厚度为120μm的柔性衬底进行擦洗，然后将柔性衬底分割成3cm×2cm，步骤B，将激光加工系统的参数设置为栅电极的加工参数和加工图案设置为栅电极的图案。加工出的顶接触结构有机场效应晶体管接触电阻更小，性能更加优异，采用电学性能更加优异的顶接触形式，解决了传统方法中难以制备电学性能优异的顶接触结构有机场效应晶体管的难题；简化了传统的电极制备过程，图案分辨率高，生产效率高；原料都是源于工业化大规模生产的化工产品，大大降低了成本；制备的石墨烯电极可满足柔性电路中对电极的应力和弯曲应变的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法
本专利技术涉及半导体电子器件领域，尤其涉及一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法。
技术介绍
场效应晶体管是一种利用电场来控制固体导电材料导电性能的有源器件，具有输入电阻高(107～1015Ω)、噪声小、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，已成为微电子行业中的重要元件之一。但无机场效应晶体管的体积已经接近小型化的自然极限；且无机场效应管一般采用硅作为衬底、二氧化硅作为绝缘体，这些固体定型材料也限制了无机场效应管向柔性电子领域的发展。因此，采用有机材料作为场效应晶体管的活性材料来制造柔性器件成为一种新的发展趋势。制造有机半导体的概念于1970年被提出，并在1987年由Koezuka及其同事报道了第一种基于噻吩分子聚合物的有机场效应晶体管。在这之后，有机场效应管的研究正式拉开了序幕。有机场效应晶体管具有以下几个突出的特点而得到极大重视：材料来源广、可以柔性衬底兼容、加工温度低、适合大批量生产和低成本等。它用途广泛，可用于全有机主动显示，大规模和超大规模集成电路、记忆组件、传感器、有机激光、互不逻辑电路和超导材料制备等。场效应晶体管的结构主要包括电极(源电极、漏电极和栅电极)、半导体层和绝缘层。其中，与半导体层直接接触的是源电极和漏电极，而栅电极直接与绝缘层接触。传统的有机场效应晶体管通过改变栅电极、源电极和漏电极与半导体的相对位置，从而可获得不同的场效应晶体管结构，包括底栅和顶栅两种结构，而顶栅和底栅结构又分别包括底接触和顶接触两种方式。一般而言，顶接触结构场效应晶体管的电学性能比底接触结构场效应晶体管优异。但是，对于顶接触结构场效应晶体管，需要在有机半导体层上加工出电极。通常，采用掩膜蒸镀金属或者生长其他导体的方法来制备电极。而在金属蒸镀过程中，金属与有机物间的性质差异也会显著降低器件的性能。此外，对于不同的有机半导体材料，其成膜的均匀性和表面性质不同，有些有机半导体材料无法直接沉积源、漏电极，必须对有机半导体层进行表面修饰，这会破坏已经加工的结构，从而显著降低整个器件的性能。生长法在一定程度上会解决这个问题。专利CN101442105A提供了一种石墨烯作为有机场效应管源漏电极的方法,通过采用化学气相沉积方法生长出图案化石墨烯电极。但这种方法极大地增加了制造的复杂性、生产效率低；且化学气相沉积生产的石墨烯图案分辨率较低，从而导致整个器件的分辨率和性能明显降低。综上所述，目前顶接触结构有机场效应晶体管的制造过程中仍存在电极加工工艺复杂、器件加工质量难以保障的问题，亟需提供一种高质量的顶接触结构有机场效应晶体管的加工方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，加工出的顶接触结构有机场效应晶体管的接触电阻更小，图案分辨率高，解决了高接触电阻、层脱和开裂等问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，用于制备底栅顶接触结构有机场效应晶体管，包括以下步骤：步骤A，使用去污粉对厚度为120μm的柔性衬底进行擦洗，然后将柔性衬底分割成3cm×2cm，接着分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，再用氮气吹干，并经表面等离子处理，使柔性衬底的表面变为亲水；步骤B，将激光加工系统的参数设置为栅电极的加工参数和加工图案设置为栅电极的图案，然后激光加工系统在柔性衬底上对设置栅电极的区域进行激光处理，将柔性衬底的该区域的表面薄层转变为石墨烯，从而在柔性衬底上制备出栅电极；步骤C，将聚二甲基硅氧烷原胶和固化剂按照体积比为10:1混合，然后在磁力搅拌器中搅拌10min，制得聚二甲基硅氧烷溶液；步骤D，取步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有栅电极的柔性衬底上，并使用匀胶机将所述聚二甲基硅氧烷溶液均匀地旋涂在所述柔性衬底上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述柔性衬底上制备出厚度为20μm的绝缘层；步骤E，将富含碳的有机半导体材料与无水乙醇按照体积比为5:1混合，并在磁力搅拌器中搅拌10min，制得有机半导体溶液；步骤F，将步骤E的有机半导体溶液滴到步骤D的绝缘层上，并使用匀胶机将所述有机半导体溶液均匀地旋涂在所述绝缘层上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述绝缘层上制备出厚度为20μm的有机半导体层；步骤G，按照步骤B的方法，在有机半导体层上对设置漏电极和源电极的区域进行激光处理，将有机半导体层的设置漏电极和源电极的区域转变为石墨烯，从而在有机半导体层上制备出漏电极和源电极；步骤H，取步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有漏电极和源电极的有机半导体层上，并使用匀胶机将所述聚二甲基硅氧烷溶液均匀地旋涂在所述有机半导体层上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述有机半导体层上制备出封装保护层，从而制得底栅顶接触结构的有机场效应晶体管。优选地，所述柔性衬底的材料为聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。优选地，所述富含碳的有机半导体材料为聚噻吩系列聚合物。优选地，所述激光加工系统为皮秒紫外激光加工系统，所述激光加工系统的激光波长为355nm且脉宽为10ps；所述步骤B中，所述栅电极的加工参数为：功率占空比为40％和激光扫描速度为100mm/s，所述栅电极的图案大小为10mm×10mm，所述栅电极位于柔性衬底的上表面的中部；所述步骤G中：将激光加工系统的参数设置为激光功率的占空比为30％和激光扫描速度为100mm/s，漏电极和源电极的图案大小均为10mm×10mm，漏电极和源电极分别位于有机半导体层的上表面的左右边缘。优选地，所述步骤D中，通过移液器取3滴步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有栅电极的柔性衬底上，所述匀胶机设置低转速为400转/分钟、高速转为1000转/分钟并分别旋转50秒，所述真空干燥箱设置真空度为0.1KPa、温度为60℃和固化时间为1小时；所述步骤F中，通过移液器取3滴步骤E的有机半导体溶液滴到步骤D的绝缘层上，所述匀胶机设置低转速为400转/分钟、高速转为1000转/分钟并分别旋转50秒，所述真空干燥箱设置真空度为0.1KPa、温度为60℃和固化时间为1小时，制得的有机半导体层用台阶仪检测厚度；所述步骤H中，通过移液器取3滴步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有漏电极和源电极的有机半导体层上，所述匀胶机设置低转速为400转/分钟、高速转为1000转/分钟并分别旋转50秒，所述真空干燥箱设置真空度为0.1KPa、温度为60℃和固化时间为1小时。优选地，一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，用于制备顶栅顶接触结构有机场效应晶体管，包括以下步骤：步骤A，使用去污粉对厚度为120μm的柔性衬底进行擦洗，然后将柔性衬底分割成3cm×2cm，接着分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，再用氮气吹干，并经表面等离子处理，使柔性衬底的表面变为亲水；步骤B，将富含碳的有机半导体材料与无水乙醇按照体积比为5:1混合，并在磁力搅拌器中搅拌10min，制得有机半导体溶液；步骤C，将步骤B的有机半导体溶液滴到柔性衬底上，并使用匀胶机将所述有机半导体溶液均匀地旋涂在所述柔性衬底上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述柔性衬底上制备出厚度为20μm的有机半导体层；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，用于制备底栅顶接触结构有机场效应晶体管，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，使用去污粉对厚度为120μm的柔性衬底进行擦洗，然后将柔性衬底分割成3cm×2cm，接着分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，再用氮气吹干，并经表面等离子处理，使柔性衬底的表面变为亲水；步骤B，将激光加工系统的参数设置为栅电极的加工参数和加工图案设置为栅电极的图案，然后激光加工系统在柔性衬底上对设置栅电极的区域进行激光处理，将柔性衬底的该区域的表面薄层转变为石墨烯，从而在柔性衬底上制备出栅电极；步骤C，将聚二甲基硅氧烷原胶和固化剂按照体积比为10:1混合，然后在磁力搅拌器中搅拌10min，制得聚二甲基硅氧烷溶液；步骤D，取步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有栅电极的柔性衬底上，并使用匀胶机将所述聚二甲基硅氧烷溶液均匀地旋涂在所述柔性衬底上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述柔性衬底上制备出厚度为20μm的绝缘层；步骤E，将富含碳的有机半导体材料与无水乙醇按照体积比为5:1混合，并在磁力搅拌器中搅拌10min，制得有机半导体溶液；步骤F，将步骤E的有机半导体溶液滴到步骤D的绝缘层上，并使用匀胶机将所述有机半导体溶液均匀地旋涂在所述绝缘层上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述绝缘层上制备出厚度为20μm的有机半导体层；步骤G，按照步骤B的方法，在有机半导体层上对设置漏电极和源电极的区域进行激光处理，将有机半导体层的设置漏电极和源电极的区域转变为石墨烯，从而在有机半导体层上制备出漏电极和源电极；步骤H，取步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有漏电极和源电极的有机半导体层上，并使用匀胶机将所述聚二甲基硅氧烷溶液均匀地旋涂在所述有机半导体层上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述有机半导体层上制备出封装保护层，从而制得底栅顶接触结构的有机场效应晶体管。...

【技术特征摘要】
1.一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，用于制备底栅顶接触结构有机场效应晶体管，其特征在于，包括以下步骤：步骤A，使用去污粉对厚度为120μm的柔性衬底进行擦洗，然后将柔性衬底分割成3cm×2cm，接着分别用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，再用氮气吹干，并经表面等离子处理，使柔性衬底的表面变为亲水；步骤B，将激光加工系统的参数设置为栅电极的加工参数和加工图案设置为栅电极的图案，然后激光加工系统在柔性衬底上对设置栅电极的区域进行激光处理，将柔性衬底的该区域的表面薄层转变为石墨烯，从而在柔性衬底上制备出栅电极；步骤C，将聚二甲基硅氧烷原胶和固化剂按照体积比为10:1混合，然后在磁力搅拌器中搅拌10min，制得聚二甲基硅氧烷溶液；步骤D，取步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有栅电极的柔性衬底上，并使用匀胶机将所述聚二甲基硅氧烷溶液均匀地旋涂在所述柔性衬底上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述柔性衬底上制备出厚度为20μm的绝缘层；步骤E，将富含碳的有机半导体材料与无水乙醇按照体积比为5:1混合，并在磁力搅拌器中搅拌10min，制得有机半导体溶液；步骤F，将步骤E的有机半导体溶液滴到步骤D的绝缘层上，并使用匀胶机将所述有机半导体溶液均匀地旋涂在所述绝缘层上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述绝缘层上制备出厚度为20μm的有机半导体层；步骤G，按照步骤B的方法，在有机半导体层上对设置漏电极和源电极的区域进行激光处理，将有机半导体层的设置漏电极和源电极的区域转变为石墨烯，从而在有机半导体层上制备出漏电极和源电极；步骤H，取步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有漏电极和源电极的有机半导体层上，并使用匀胶机将所述聚二甲基硅氧烷溶液均匀地旋涂在所述有机半导体层上，然后放入真空干燥箱中固化，在所述有机半导体层上制备出封装保护层，从而制得底栅顶接触结构的有机场效应晶体管。2.根据权利要求1所述的通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，其特征在于：所述柔性衬底的材料为聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。3.根据权利要求1所述的通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，其特征在于：所述富含碳的有机半导体材料为聚噻吩系列聚合物。4.根据权利要求1所述的通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，其特征在于：所述激光加工系统为皮秒紫外激光加工系统，所述激光加工系统的激光波长为355nm且脉宽为10ps；所述步骤B中，所述栅电极的加工参数为：功率占空比为40％和激光扫描速度为100mm/s，所述栅电极的图案大小为10mm×10mm，所述栅电极位于柔性衬底的上表面的中部；所述步骤G中：将激光加工系统的参数设置为激光功率的占空比为30％和激光扫描速度为100mm/s，漏电极和源电极的图案大小均为10mm×10mm，漏电极和源电极分别位于有机半导体层的上表面的左右边缘。5.根据权利要求1所述的通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，其特征在于：所述步骤D中，通过移液器取3滴步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有栅电极的柔性衬底上，所述匀胶机设置低转速为400转/分钟、高速转为1000转/分钟并分别旋转50秒，所述真空干燥箱设置真空度为0.1KPa、温度为60℃和固化时间为1小时；所述步骤F中，通过移液器取3滴步骤E的有机半导体溶液滴到步骤D的绝缘层上，所述匀胶机设置低转速为400转/分钟、高速转为1000转/分钟并分别旋转50秒，所述真空干燥箱设置真空度为0.1KPa、温度为60℃和固化时间为1小时，制得的有机半导体层用台阶仪检测厚度；所述步骤H中，通过移液器取3滴步骤C的聚二甲基硅氧烷溶液滴到带有漏电极和源电极的有机半导体层上，所述匀胶机设置低转速为400转/分钟、高速转为1000转/分钟并分别旋转50秒，所述真空干燥箱设置真空度为0.1KPa、温度为60℃和固化时间为1小时。6.一种通过激光加工顶接触结构有机场效应晶体管的方法，用于制备顶栅顶接触结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云，龙俊宇，李力一，陈新，高健，刘强，汪正平，张胜辉，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44