使用纳米颗粒的顶栅薄膜晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法以及通过该方法制造的薄膜晶体管。在衬底上沉积亲水性缓冲层，以促进纳米颗粒膜的形成。将烧结的纳米颗粒用作有源层，将高介电系数的介电材料用作栅极介电层，以在栅极介电层上形成顶栅电极，由此能够实现低电压运行和低温制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法以及通过该方法制造的薄膜晶体管。更具体而言，本专利技术涉及在柔性衬底上使用纳米颗粒形成的顶栅薄膜晶体管及其制造方法，其中在衬底上沉积亲水性缓冲层，以促进纳米颗粒膜的形成，并且利用烧结的纳米颗粒作为薄膜晶体管的沟道层，还利用高介电常数的介电材料作为栅极层，以在栅极介电层上形成顶栅电极(top gate electrode)，由此能够实现低电压运行和低温制造。
技术介绍
通常，目前用于包括液晶显示器(LCD)的平板显示器中的场效应薄膜晶体管是通过利用非晶硅(a-Si:H)或多晶硅作为沟道层以及利用氧化硅或氮化硅作为栅极介电层来制造的。近年来，已经对使用有机材料例如并五苯或六噻吩制造薄膜晶体管进行了大量的研究，以期能够实现低温处理和低成本制造。但是，这种有机薄膜晶体管在迁移率、物理和化学稳定性等方面具有内在的缺陷。此外，难于将有机薄膜晶体管直接应用于目前为无机半导体所研究的工艺中。为了克服这些困难，B.A.Ridley，B.Nivi和J.M.Jacobson在MIT于1999年使用CdSe纳米颗粒来制造薄膜晶体管(参见Science，vol.286，p.746)。在该研究中，已经制造了具有约1cm2/Vsec的场效应迁移率和104或更大的开/关电流比的代表性晶体管，从而提出具有由纳米颗粒组成的沟道的薄膜晶体管的可能性。在2005年，D.V.Talapin和C.B.Murray在IBM也制造出具有由PbSe纳米颗粒组成的沟道的薄膜晶体管(参见Science，vol.310，p.86)。在该研究中，在纳米颗粒膜上对肼进行化学处理，以改善膜的导电性。此外，通过热处理制造n-或p-沟道晶体管。当以这种方式使用无机半导体纳米颗粒时，可以获得如有机薄膜晶体管中的溶液态的工艺优点，并且还可以解决与有机材料有关的基本问题。但是，迄今为止使用无机半导体纳米颗粒研制的晶体管，包括大多数有机薄膜晶体管，是背栅晶体管，其使用SiO2即氧化硅衬底作为栅极介电层。因此，需要几十伏或更高的栅极电压来使晶体管运行。
技术实现思路
构思本专利技术以解决现有技术中的上述问题。本专利技术的一个目的是提供具有在柔性衬底上形成的由纳米颗粒膜组成的沟道的顶栅薄膜晶体管及其制造方法，其中在柔性衬底上沉积亲水性缓冲层，以促进纳米颗粒膜的形成，使用烧结的纳米颗粒作为沟道层并在纳米颗粒膜上形成栅极介电层，由此能够实现低电压运行和低温制造。为了实现该目的，根据本专利技术，提供一种制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法，包括以下步骤在衬底上形成纳米颗粒膜并烧结该膜；在纳米颗粒膜上形成源和漏电极；在其上形成有源和漏电极的纳米颗粒膜上沉积介电材料以形成栅极介电层；和在栅极介电层上形成顶栅电极。本专利技术的方法还包括使用亲水性材料在衬底和纳米颗粒膜之间沉积缓冲层的步骤。优选的是，衬底选自硅衬底、玻璃衬底和柔性衬底。优选的是，柔性衬底是塑料衬底，并且塑料衬底是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二酸乙二醇酯Polyethyle Napthalate)、PC(聚碳酸酯)和PES(聚醚砜)中的一种。缓冲层可以由亲水性无机材料或亲水性有机材料形成。优选的是，亲水性无机材料选自Al2O3、HfO2、Ta2O5、La2O3和SiO2。亲水性无机材料可以利用原子层沉积(ALD)法或溅射法或金属有机化学气相沉积(MOCVD)法来形成。优选的是，有机材料选自AIDCN、聚苯胺、Cd-AA(花生酸盐)、PVP、PVA和PEDOT。此外，可以通过使用O3作为反应气体的紫外处理或使用O2作为反应气体的等离子体处理来使有机材料的表面亲水化。有机材料可以通过旋涂法、喷涂法、Langmuir-Blodgett法和印刷法中的任意一种来沉积。优选的是，缓冲层具有2～20nm的厚度。优选的是，缓冲层在100～150℃的温度下沉积在衬底上。形成纳米颗粒膜的步骤包括以下步骤通过将纳米颗粒分散在溶剂中来制备纳米颗粒溶液；将沉淀剂和纳米颗粒溶液混合；和将含有沉淀剂的纳米颗粒溶液沉积在衬底上。优选的是，纳米颗粒选自HgTe、HgSe、HgS、CdTe、CdSe、CdS、ZnTe、ZnSe、ZnS、PbTe、PbSe、PbS和ZnO。含有沉淀剂的纳米颗粒溶液可以通过旋涂法、深涂(deep coating)法、冲压法、喷涂法、Langmuir-Blodgett法以及印刷法中的任意一种来沉积在衬底上。优选的是，烧结步骤在100～185℃的温度下进行10～200分钟。优选的是，通过在纳米颗粒膜上沉积高介电常数的介电材料来形成栅极介电层，并且介电材料是无机材料例如Al2O3、HfO2、Ta2O5、La2O3、SiO2中的任意一种，或者是有机材料例如AIDCN、聚苯胺、花生酸盐、PVP、PVA、PEDOT中的任意一种。优选的是，当高介电常数的介电材料沉积在纳米颗粒膜上时，衬底具有100～185℃的温度并且栅极介电层具有10～500nm的厚度。根据本专利技术的另一方面，提供具有由纳米颗粒组成的沟道的顶栅薄膜晶体管，其包含通过在柔性衬底上沉积亲水性材料而形成的缓冲层；在缓冲层上沉积并烧结的纳米颗粒膜；形成在纳米颗粒膜上的源和漏电极；通过在其上形成有源和漏电极的纳米颗粒膜上沉积介电材料而形成的栅极介电层；和形成在栅极介电层上的顶栅电极。附图说明通过结合附图对优选实施方案的下列描述，本专利技术的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见，其中图1～4是说明根据本专利技术的实施方案，使用纳米颗粒在柔性衬底上制造顶栅薄膜晶体管的方法的截面图；图5是表示根据本专利技术实施方案，在150℃下烧结180分钟的HgTe纳米颗粒膜的电流的测量图；图6是表示根据本专利技术实施方案的顶栅薄膜晶体管的光学显微图；图7是表示根据本专利技术实施方案，使用塑料衬底制造的顶栅晶体管的光学显微图；图8是表示根据本专利技术实施方案，使用塑料衬底制造的顶栅晶体管的弯曲状态的光学显微图；和图9和10是表示根据本专利技术实施方案形成在塑料衬底上的顶栅晶体管的特性图。具体实施例方式下文中，将参考附图详细说明根据本专利技术制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法的优选实施方案。根据本专利技术的制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法基本包括以下步骤在衬底上形成纳米颗粒膜并烧结该纳米颗粒膜，在纳米颗粒膜上形成源和漏电极，通过在形成有源和漏电极的纳米颗粒膜上沉积介电材料来形成栅极介电层，和在栅极介电层上形成顶栅电极。根据本专利技术的制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法还包括使用亲水性材料在衬底和纳米颗粒膜之间沉积缓冲层的步骤。此时，衬底可以是硅衬底、玻璃衬底和柔性衬底中的任意一种。下文中，将仅描述根据本专利技术制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法，其包括在衬底和纳米颗粒膜之间使用亲水性材料形成的缓冲层。但是，下面的说明同样适用于制造使用纳米颗粒但不包括缓冲层的薄膜晶体管的方法。图1～4是说明根据本专利技术制造使用纳米颗粒的顶栅薄膜晶体管的方法的截面图。如图1所示，使用亲水性材料在柔性衬底10上形成缓冲层15。多种衬底可用作柔性衬底10，只要它们仅仅为柔性即可。例如，可以使用柔性塑料衬底。由于本专利技术的薄膜晶体管可以在低温过程中制造，因此可以使用塑料衬底。在使用柔性塑料衬底作为柔性衬底10的情况下，可以使用诸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法，包括以下步骤：在衬底上形成纳米颗粒膜并烧结所述衬底上的纳米颗粒膜；在纳米颗粒膜上形成源和漏电极；通过在其上形成有源和漏电极的纳米颗粒膜上沉积介电材料来形成栅极介电膜；和在栅极介电膜上形成顶栅电极。

【技术特征摘要】
KR 2006-3-30 10-2006-0029098;KR 2006-10-10 10-20061.一种制造使用纳米颗粒的薄膜晶体管的方法，包括以下步骤在衬底上形成纳米颗粒膜并烧结所述衬底上的纳米颗粒膜；在纳米颗粒膜上形成源和漏电极；通过在其上形成有源和漏电极的纳米颗粒膜上沉积介电材料来形成栅极介电膜；和在栅极介电膜上形成顶栅电极。2.权利要求1的方法，还包括使用亲水性材料在衬底和纳米颗粒膜之间沉积缓冲层的步骤。3.权利要求1或2的方法，其中衬底选自硅衬底、玻璃衬底和柔性衬底。4.权利要求3的方法，其中柔性衬底包括塑料衬底。5.权利要求4的方法，其中塑料衬底是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)和PES(聚醚砜)中的一种。6.权利要求2的方法，其中缓冲层由亲水性无机材料或亲水性有机材料形成。7.权利要求6的方法，其中亲水性无机材料选自Al2O3、HfO2、Ta2O5、La2O3和SiO2。8.权利要求7的方法，其中亲水性无机材料是利用原子层沉积(ALD)法或溅射法形成的。9.权利要求6的方法，其中有机材料选自AIDCN、聚苯胺、Cd-AA(花生酸盐)、PVP、PVA和PEDOT。10.权利要求9的方法，其中通过使用O3作为反应气体的紫外处理或使用O2作为反应气体的等离子体处理来使有机材料的表面成为亲水性的。11.权利要求10的方法，其中通过旋涂法、喷涂法和印刷法中的任意一种来沉积有机材料。12.权利要求2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金相植，赵庚娥，金东垣，张宰源，
申请(专利权)人：高丽大学校算学协力团，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]