结合界面导电簇的薄膜晶体管制造技术

一种场效应晶体管，所述场效应晶体管包括在栅极电介质和有源层之间的不连续导电簇薄层。所述有源层可包含有机半导体或有机半导体与聚合物的共混物。金属、金属氧化物、主要为非碳金属的材料和／或碳纳米管可用于形成所述导电簇层。所述导电簇改善了晶体管的性能并且也有利于晶体管的制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜晶体管以及制造薄膜晶体管的方法。
技术介绍
薄膜晶体管(TFT)，尤其是由有机半导体材料制成的那些，是可用 于平板显示器以及多种其他应用中的关注对象。例如，与利用无机材 料制造的TFT相比，基于有机TFT的平板显示器可具有较低的制造成 本。有机基晶体管使得制造具有高性能以及低成本的大屏幕显示器和 其他器件成为可能。然而，目前利用无机元件制备的器件明显优于有 机基器件。在目前制备TFT所使用的材料中，小分子和基于溶液的聚合物型 有机材料尤其受到关注。通常，小分子有机材料在有机溶剂中具有低 溶解度，因而制备可用的TFT需要相对昂贵的制造工艺，例如真空沉 积和/或光刻法。基于溶液的有机晶体管制造成本较低廉，这是因为它 们适于使用低成本的涂布和图案化技术进行加工。因此，基于溶液的 有机TFT为其应用于大屏幕或一次性器件提供了具有吸引力的选择。对于有机或无机薄膜晶体管，期望具有改善的性能和制造方法。 本专利技术满足了这些和其他需求，并提供了优于现有技术的其他优势。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及薄膜晶体管以及制造薄膜晶体管的方法。一 个实施例涉及薄膜场效应晶体管。所述晶体管包括含有半导体的有源 层。栅极、源极和漏极触点电耦合至有源层。相对栅极触点来布置栅 极电介质。不连续的导电簇层布置在栅极电介质和有源层之间。本专利技术的另一个实施例涉及具有含有半导体材料和碳纳米管的有 源层的薄膜场效应晶体管。栅极、源极和漏极触点电耦合至有源层。 相对栅极触点来布置介电材料。不连续的导电材料层布置在介电材料 和有源层之间。本专利技术的另一实施例涉及用于制造具有栅极、源极和漏极触点的 薄膜晶体管的方法。形成包含半导体的有源层。在晶体管的有源层和 栅极触点之间形成了介电层。在介电层和有源层之间形成了不连续的 导电簇层。本专利技术的以上概述并非旨在描述本专利技术的每个实施例或本专利技术的 每种实施方式。结合附图并参照下文的具体实施方式以及所附权利要 求书，本专利技术的优点和成效，以及对本专利技术更全面的理解将变得显而 易见并为人所领悟。附图说明图1示出了根据本专利技术的实施例的不存在有源层的TFT结构，所 述TFT结构具有不连续导电簇层；图2A至2C示出了根据本专利技术的各个实施例的结合界面导电簇的 各种TFT构造的剖视图3为根据本专利技术的实施例的用于制造TFT的工艺流程图4示出了根据本专利技术的实施例的结合界面导电簇以及具有分散 于有源层中的碳纳米管的TFT的剖视图5为根据本专利技术的实施例的不连续导电簇层表面的原子力显微 镜图像；图6为图5中表面的台阶高度图7A和7B为根据本专利技术的实施例的使用在介电层-半导体层界面 处具有或不具有金簇的各种有机半导体结构制造的TFT的特征图，其 示出了具有界面金簇的TFT的具有改善的载流子迁移率；6图8A和8B分别示出了根据本专利技术的实施例的利用以及不利用界 面金簇制造的TFT的特征图，其示出了具有界面金簇的TFT的可重复 性；图9A和9B为根据本专利技术的实施例的利用界面金簇制造的TFT的 特征图，其示出了该界面层对于沟道长度的影响；图IO示出了利用分散于有源层中的碳纳米管制造的但无导电簇界 面层的TFT的特征图的三种独立扫描；并且图11和12示出了根据本专利技术的实施例的利用分散于有源层中的 碳纳米管制造的并且还具有导电簇界面层的TFT的特征图。虽然本专利技术可具有各种改进和替代形式，但其特定实施例已经以 举例的方式在附图中示出，并将被详细描述。然而，应当明白，其目 的并不是将本专利技术限定于所描述的具体实施例。相反，本专利技术覆盖所 有在所附权利要求所定义的本专利技术范围内的修改，等效及替代。具体实施例方式在下列图示实施例的描述中，参考构成本文一部分的附图，且其 中以举例说明的方式示出可用来实施本专利技术的各种实施例。应当理解，在不脱离本专利技术的范围的前提下，可利用实施例和修改其结构。有机基薄膜晶体管为一次性和/或大面积电子器件的制造提供了 相对的低成本选择。目前若干种类的半导体用于制造电子器件。小分 子有机半导体以及基于溶液的聚合物型有机半导体为两个实例。通常， 小分子有机物在有机溶剂中具有低溶解度，因而需要真空沉积或其他 相对昂贵的技术来形成薄膜。使用荫罩或光刻法来图案化多个层以制 备可用的器件。与可用于基于溶液的聚合物型半导体的方法相比，真 空沉积、荫罩以及光刻法是相对较为昂贵的制造方法。基于溶液的有机TFT在有机半导体中具有允许最低制造成本的潜 力，这是因为可使用不太昂贵的涂布和图案化方法来形成器件。例如，可通过旋涂、刮涂、滚筒式幅材涂布、浸涂以及其他的技术实现薄膜 的沉积。基于溶液的有机器件可通过(例如)喷墨印刷、凹版印刷、 或网版印刷进行图案化。基于溶液的有机晶体管的性能通常低于真空沉积的基于小分子的晶体管的性能。希望改善所有类型的TFT的性能，尤其是有可能提供 低成本电子器件的有机TFT。当与诸如印刷方法之类的低成本TFT制造方法结合时，有机半导 体材料，特别是基于溶液的有机物，所具有的较低的载流子迁移率的 影响会加剧。 一些低成本图案化方法的有限特征尺寸分辨率可妨碍制 造具有足够短的沟道(以提供可用器件)的电子器件。例如， 一些方 法的特征尺寸分辨率可大于20微米。因此，希望开发结构以补偿由低 成本的制造方法所产生的相对较长的沟道。本专利技术的实施例涉及提高有机或无机TFT性能，尤其是有机TFT 性能(包括基于溶液的有机TFT)的方法。利用本文所述的技术生产 的基于溶液的有机TFT与利用真空沉积的小分子材料形成的有机TFT 具有可比的性能。本专利技术的实施例涉及包括位于栅极电介质和有源层的界面处的二 维不连续导电簇或岛的TFT器件。二维不连续导电簇也可存在于有源 层中或有源层的顶部或栅极电介质中。图1的晶体管结构100示出了 不存在有源层的TFT结构。晶体管结构100包括栅极105、源极120 以及漏极130。不连续导电簇薄层IIO设置在位于栅极电介质140和有 源层(图1中未示出)之间的界面处的栅极电介质"0上。尽管不受具体理论的约束，但对于由界面导电簇构造的TFT的性 能的一个解释为导电簇层110改变了 TFT的沟道区域中的载流子的输 运机制。导电簇薄层IIO使得介电层-半导体层界面附近的TFT沟道区域中的一些载流子穿过沟道以发射方式流过其路径的一部分。箭头160 指示载流子在导电簇110内以发射方式流动的路径。以发射这种方式 流动的载流子避免了穿过半导体有源层的相对较慢的输运过程，所述 输运过程涉及分子的跃迁和散射。在介电层140和半导体层之间的沟 道区域中存在导电簇110有效地降低了沟道长度、增加了载流子的移 动性并且增加了 TFT的跨导。导电簇110还可用来降低有源层的半导 体材料中的电荷捕获过程。图2A至2C示出了根据各种实施例的结合界面导电簇的各种TFT 构造的剖视图。图2A示出了在基底201上设置具有顶部源极和漏极触 点220、 230以及底部栅极触点205的构造。不连续导电簇210的薄层 设置于栅极电介质240和有源层250之间。图2B中所示的构造与结合上述图1所述的构造类似。在该构造中， 源极和漏极触点220、 230至少部分地设置在有源层250的下面。栅极 触点205设置在基底201上。导电簇210的界面层位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管，包括：　有源层，所述有源层包含半导体；　栅极、源极和漏极触点，所述栅极、源极和漏极触点电耦合至所述有源层；　栅极电介质，所述栅极电介质相对所述栅极触点进行布置；以及　不连续导电簇层，所述不连续导电簇层设置在所述栅极 电介质与所述有源层之间。

【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：李子成，罗伯特S克拉夫，丹尼斯E沃格尔，朱培旺，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]