一种纳米级沟道有机场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术属于有机电子技术领域，特别涉及一种纳米级沟道有机场效应晶体管及其制备方法。为了克服现有技术中成本高的缺陷，本发明专利技术提供一种纳米级沟道有机场效应晶体管，包括绝缘衬底上的源电极、绝缘层、漏电极、有机半导体层、栅介质层和栅电极，所述源电极、有机半导体层、栅介质层和栅电极从左至右依次设置在绝缘衬底的上表面上；所述源电极上方从下到上依次设有绝缘层和漏电极，分别与有机半导体层接触；所述源电极、绝缘层和漏电极合起来的厚度与有机半导体层、栅介质层和栅电极的厚度相同。本发明专利技术通过控制绝缘层的厚度来控制器件的沟道长度，避免了昂贵的电子束光刻，大幅度地降低制备纳米级沟道有机晶体管的难度，从而减少了制备的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机电子
，特别涉及一种纳米级沟道有机场效应晶体 管及其制备方法。
技术介绍
随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节； 在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大； 传统的基于无机半导体材料的器件和电路很难满足这些要求，因此可以实现这 些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机微电子技术在这一趋势下得到了 人们越来越多的关注。有机场效应晶体管作为有机电路的基础元器件，其性能对电路的性能起着 决定性的作用。其中迁移率决定了器件工作的快慢，进而影响电路的工作频率； 电压，包括工作电压和阈值电压，决定了器件以及电路的功耗。由于信息量爆 炸式的增长，人们一直以来都希望信息处理技术能够越来越快，能够处理的内 容越来越多。制约信息处理技术快慢的因素有很多，包括硬件方面，也包括软 件方面。单元器件的工作频率是硬件方面根本的问题。提高器件的工作频率主 要有两条路径 一条路是减小沟道长度，另一条路是提高载流子的迁移^。在 当前材料方面没有重大突破的情况下，载流子的迁移率提高非常有限，因此提 高器件工作频率的方法主要就是减小沟道的长度。制约信息处理技术容量的因-. 素同样也有很多，在硬件方面主要是电路的集成度，提高电路的集成度需要减 小单元器件的面积
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种成本低、易 集成的纳米级沟道有才几场效应晶体管。本专利技术的另 一个目的在于提供一种纳米级沟道有机场效应晶体管的制备 方法，能够充分利用现有设备，降低新器件制备的成本。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种纳米级沟道有机场效应晶体管，包括绝缘衬底、源电极、绝缘层、 漏电极、栅电极、栅介质层和有机半导体层，其特殊之处在于所述源电极、 有机半导体层、栅介质层和栅电极从左至右依次设置在绝缘村底的上表面上， 且相互接触，其中有机半导体层处于中心位置；所述源电极上方从下到上依次 设有绝缘层和漏电极，且相互接触，并与有机半导体层接触；所述源电极、绝 缘层和漏电极合起来的厚度与有机半导体层、栅介质层和栅电极的厚度相同。上述绝缘衬底^括长有氧化硅或氮化硅绝缘薄膜的硅片、绝缘玻璃和绝缘 塑料薄膜。上述源电极、漏电极的材料为高公函数金属材料或导电有机物。 上述绝缘层的材料为无机绝缘材料或有机绝缘材料，其厚度小于l微米。 上述绝缘层厚度小于l微米。一种纳米级沟道有机场效应晶体管的制备方法，其步骤如下(1) 在绝缘衬底上制备图形化的平面栅电极；(2) 沉积栅介质层，并去除侧墙以外的介质材料。(3) 制备平面源电极；(4) 在源电极层上沉积绝缘层，使其图形化以去除多余的绝缘材料；(5) 在步骤(4)所述的绝缘层上制备平面漏电极；(6) 沉积有机半导体层，使其图形化以去除多余的有机半导体材料，完成器件的制作。上述步骤(1 )中栅电极的材料是金属导体或有机导体。上述栅电极的材料为金属电极时，其制备方法为真空热物理沉积，电子束 沉积或者'减射金属电极，图形化方法为光刻加金属剥离。上述栅电极的材料为有机电极时，其制备方法为喷墨打印。上述步骤(2)中栅介质层的材料是无机金属氧化物或有机介质。上述栅介质层的材料为无机金属氧化物时，其制备方法为通过低压化学气 相沉积法，賊射或者原子层沉积法来沉积，使其具有很好的台阶覆盖性，从而能够覆盖在柵电极侧壁上；然后通过各向异性的干法刻蚀把侧壁以外的介质材 扯土+上述栅介质层的材料为有机介质时，其制备方法为首先通过光刻技术定义 其图形，其次通过旋涂技术来沉积介质薄膜，经过退火处理后再通过剥离技术 把侧壁以外的介质材料去除。保护起来，然后通过真空热物理沉积，电子束沉积或者濺射技术来沉积金属电 极薄膜，或者喷墨打印或旋涂技术来沉积有机物电极薄膜，然后去通过剥离的 方法去除栅电极区的光刻胶及多余的电极材料，完成源电极的制备。上述步骤(4)中绝缘层的制备首先通过光刻技术把栅电极和介质用光刻胶 保护起来，然后通过常压化学气相沉或电子束蒸发方法沉积薄膜，接着通过剥 离的方法去除栅电极区的光刻胶及多余的绝缘材料，完成绝缘层的制备。保护起来，然后通过真空热物理沉积，电子束沉积或者'减射技术来沉积金属电 极薄膜，或者喷墨打印或旋涂技术来沉积有机物电极薄膜，然后去通过剥离的方法去除栅电极区的光刻胶及多余的电极材料，完成漏电极的制备，形成三明 治结构，此三明治结构为源电极、绝缘层和漏电极叠加起来的结构。上述步骤(6 )中有机半导体层通过慢速的真空热沉积方法或着旋涂方法来 制备薄膜，使其能够很好地填充在栅介质层和三明治结构之间；然后通过各向 异性的干法刻蚀把侧壁以外的有机半导体材料去除，形成图形化的有源层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果1、 本专利技术通过采用源电极、漏电极堆叠在一起形成三明治结构，从而把 沟道由传统的平面型改进为垂直型，只要通过控制源漏电极之间的绝缘层薄膜 的厚度就能够控制晶体管的沟道长度，避免了使用效率较低的电子束光刻技 术，大幅度地降低制备纳米级沟道有机晶体管的难度，从而减少了制备的成本。2、 本专利技术中电极全部采用了平面型，易于集成。3、 本专利技术采用低温工艺，能够和现有的硅微加工技术兼容，能够充分利 用现有设备，降低新器件制备的成本。附图说明图1为本专利技术的結构示意图2为本专利技术制备方法的流程图3-1为本专利技术在绝缘衬底上制备平面栅电极的示意图3-2为本专利技术在栅电极层上沉积栅介质层的示意图3-3为本专利技术在绝缘衬底上制备平面源电极的示意图3-4为本专利技术在源电极上制备绝缘层的示意图3-5为本专利技术在绝缘层上制备平面漏电极的示意图3-6为本专利技术沉积有机半导体层的示意图4为本专利技术一具体实施例制备方法的工艺流程图；图5-1 ~图5-11为本专利技术一具体实施例制备过程的结构示意图。 附图标记101-绝缘衬底，102-栅电极，103-栅介质层，104-源电极，105-绝缘层， 106-漏电才及，107-有才几半导体层；501-Si02绝缘衬底，502-Au栅电极，503-栅介质层，504-源电极胶图形， 505-Au平面源电极，506-绝缘层胶图形，507-Si02绝缘层， 508-漏电极胶图形，509-Au平面漏电极，510-有机半导体薄膜。 具体实施例方式参见图1， 一种纳米级沟道有机场效应晶体管，包括绝缘村底101、源 电极i04、绝缘层i05、漏电极106、冲册电极102、 4册介质层103、有机半导体 层107。所述源电极104、有机半导体层107、栅介质层103和栅电极102从左 至右依次设置在绝缘衬底101的上表面上，且相互接触，其中有机半导体层107 处于中心位置；所述源电极104上方从下到上依次设有绝缘层105和漏电极 106，且相互接触，并与有机半导体层107接触；所述源电才及104、绝缘层105 和漏电极106合起来的厚度与有机半导体层107、栅介质层103和栅电极102 的厚度相同。参见图2和图3-l ~图3-6， 一种纳米级沟道有机场效应晶体管的制备方法， 其步骤如下(1) 在绝缘衬底上制备图形化的平面栅电极；(2) 沉积栅介质层，并去除侧墙以外的介质材料。(3) 制备平面源电极；(4) 在源电极层上沉积绝缘层，使其图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级沟道有机场效应晶体管，包括：绝缘衬底、源电极、绝缘层、漏电极、栅电极、栅介质层和有机半导体层，其特征在于：所述源电极、有机半导体层、栅介质层和栅电极从左至右依次设置在绝缘衬底的上表面上，且相互接触，其中有机半导体层处于中心位置；所述源电极上方从下到上依次设有绝缘层和漏电极，且相互接触，并与有机半导体层接触；所述源电极、绝缘层和漏电极合起来的厚度与有机半导体层、栅介质层和栅电极的厚度相同。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：商立伟，刘明，涂德钰，刘舸，刘兴华，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]