CN100533802C - 场效应晶体管 - Google Patents

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Abstract

一种场效应晶体管包括栅电极、栅极绝缘层、源/漏电极、和构成沟道区的有机半导体层。每一源/漏电极包括由金属形成的导电部分和至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层。沟道区包含位于源/漏电极之间的有机半导体层。沟道区和每一导电部分通过有机导电材料层电连接。

Description

场效应晶体管
相关申请的交叉引用
本发明包含涉及2004年8月4日在日本专利局提交的日本专利申请JP2004-228573的主题，其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及场效应晶体管(FET)，更具体的说，涉及具有包含有机半导体层的沟道区的场效应晶体管，且再具体的说，涉及具有包含有机半导体层的沟道区的薄膜晶体管(TFT)。
背景技术
在相关领域，在作为一种类型的场效应晶体管(FET)的薄膜晶体管(TFT)中，使用无机半导体材料如Si、GaAs、和InGaAs作为构成沟道区的半导体层。为了使用这种无机半导体材料制造TFT，需要在400℃或更高温度下的高温处理。因此，非常难以使用无机半导体材料在柔软的、抗裂的、且轻的基底(衬底)如塑料衬底上形成TFT。
另一方面，可在低于塑料的耐热温度下制造其中沟道区包含有机半导体层的TFT(下文中称作“有机TFT”)。此外，可使用可涂覆(coatable)材料制造这种TFT，并因此期望将这种TFT用作适合于大面积应用的廉价半导体元件。
在现有的有机TFT中，源/漏电极由金属材料形成，如金(Au)、铂(Pt)、或钯(Pd)，以便与有机半导体层形成良好的欧姆接触。可选择的，源/漏电极含有聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]、用掺杂剂掺杂的聚苯胺、或碳纳米管。
发明内容
作为能够与p-型有机半导体层具有良好欧姆接触的金属材料的金、铂、和钯很昂贵，且通过这种金属材料的气相沉积形成源/漏电极和配线不适于制造低成本的有机TFT。另一方面，能够与有机半导体材料形成满意的欧姆接触的现有的有机导电材料，具有高于这些金属材料的电阻率。因此，这种有机导电材料不能令人满意的作为构成源/漏电极和配线的材料。
在例如日本未审专利申请公开No.2003-229579或2004-103905中公开了具有这样结构的有机TFT，该结构中由金属材料形成的源/漏电极和构成沟道区的有机半导体层彼此不直接接触。
在日本未审专利申请公开No.2003-229579公开的技术中，每个源/漏电极包括由金属形成的部分和与构成沟道区的有机导电化合物层接触的含有金属化合物的部分。该金属化合物的实例包括含有元素周期表的6-11族的金属原子的化合物。其中，优选含有铱、铑、钌、铂、金、银、钐、锇、钯、镍、钴、或铕、或其金属盐。可选择的，该金属化合物可选自这些金属的金属络合物。(参考日本未审专利申请公开No.2003-229579，[0023]段。)
在日本未审专利申请公开No.2004-103905公开的技术中，在源/漏电极和构成沟道区的有机半导体层之间安置缓冲层，该缓冲层含有金属氧化物(如ITO、IZO、氧化锡、或氧化锌)、氮化物、氧化物、金属、合金、或有机化合物。(参考日本未审专利申请公开No.2004-103905，[0012]段。)
但是，对于如上所述的日本未审专利申请公开中公开的金属化合物和缓冲层，导电类型(n-型或p-型)、电阻等的选择范围并非足够宽。即，相对于构成有机TFT的源/漏电极的材料，设计自由度受到限制。
期望提供包括源/漏电极的场效应晶体管，该源/漏电极可与构成沟道区的有机半导体层形成良好的欧姆接触，不需要包含贵金属如金、铂、或钯，且其中相对于使用的材料，导电类型、电阻等的选择范围是充分自由的(即，设计自由度充分大)。
根据本发明第一实施方式的场效应晶体管包括栅电极、栅极绝缘层、源/漏电极、和构成沟道区的有机半导体层。每个源/漏电极包括(a)由金属形成的导电部分和(b)至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层。沟道区包含位于源/漏电极之间的有机半导体层。沟道区和每一导电部分通过有机导电材料层电连接。
根据本发明第二实施方式的场效应晶体管为顶部栅极/底部接触型薄膜晶体管，且包括(A)置于基底上的源/漏电极，(B)置于位于源/漏电极之间的基底上和在源/漏电极上的有机半导体层，(C)置于有机半导体层上的栅极绝缘层，和(D)置于栅极绝缘层上的栅电极。每一源/漏电极包括(a)由金属形成的导电部分和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，该有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面、与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面、和导电部分的顶面中的至少任意一个。
在根据本发明第二实施方式的场效应晶体管中，有机导电材料层可以下面七种方式的任意一种方式形成：
(1)在导电部分的底面上，
(2)在与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面上(称作面对(facing)侧面)，
(3)在导电部分的顶面上，
(4)在导电部分的底面和面对侧面上，
(5)在导电部分的底面和顶面上，
(6)在导电部分的顶面和面对侧面上，
(7)在导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上完全或部分形成。可选择的，有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上像岛一样形成。
根据本发明第三实施方式的场效应晶体管为顶部栅极/顶部接触型薄膜晶体管，且包括(A)置于基底上的有机半导体层，(B)置于有机半导体层上的源/漏电极，(C)置于位于源/漏电极之间的有机半导体层上和在源/漏电极上的栅极绝缘层，和(D)置于栅极绝缘层上的栅电极。每一源/漏电极包括(a)由金属形成的导电部分和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，该有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面和与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面中的至少一个。
在根据本发明第三实施方式的场效应晶体管中，有机导电材料层可以下面五种方式的任意一种方式形成：
(1)在导电部分的底面上，
(2)在导电部分的面对侧面上，
(3)在导电部分的底面和面对侧面上，
(4)在导电部分的顶面和面对侧面上，
(5)在导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上完全或部分形成。可选择的，有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上像岛一样形成。
根据本发明第四实施方式的场效应晶体管为底部栅极/底部接触型薄膜晶体管，且包括(A)置于基底上的栅电极，(B)置于栅电极和基底上的栅极绝缘层，(C)置于栅极绝缘层上的源/漏电极，和(D)置于位于源/漏电极之间的栅极绝缘层上和在源/漏电极上的有机半导体层。每一源/漏电极包括(a)由金属形成的导电部分和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，该有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面、与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面、和导电部分的顶面中的至少任意一个。
在根据本发明第四实施方式的场效应晶体管中，有机导电材料层可以下面七种方式的任意一种方式形成：
(1)在导电部分的底面上，
(2)在导电部分的面对侧面上，
(3)在导电部分的顶面上，
(4)在导电部分的底面和面对侧面上，
(5)在导电部分的底面和顶面上，
(6)在导电部分的顶面和面对侧面上，
(7)在导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上完全或部分形成。可选择的，有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上像岛一样形成。
根据本发明第五实施方式的场效应晶体管为底部栅极/顶部接触型薄膜晶体管，且包括(A)置于基底上的栅电极，(B)置于栅电极和基底上的栅极绝缘层，(C)置于栅极绝缘层上的有机半导体层，和(D)置于有机半导体层上的源/漏电极。每一源/漏电极包括(a)由金属形成的导电部分和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，该有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面和与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面中的至少一个。
在根据本发明第五实施方式的场效应晶体管中，有机导电材料层可以下面五种方式的任意一种方式形成：
(1)在导电部分的底面上，
(2)在导电部分的面对侧面上，
(3)在导电部分的底面和面对侧面上，
(4)在导电部分的顶面和面对侧面上，
(5)在导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上完全或部分形成。可选择的，有机导电材料层可在每个顶面、面对侧面、或底面上像岛一样形成。
在根据本发明第二至第五实施方式中每一个的场效应晶体管中，优选的，沟道区包含位于源/漏电极之间的有机半导体层，且沟道区和导电部分通过有机导电材料层电连接。
在包括如上所述的优选结构的根据本发明第一至第五实施方式中每一个的场效应晶体管中，构成有机导电材料层的材料优选通过用选自以下的至少一种掺杂剂掺杂选自以下的至少一种有机材料制备，其中该有机材料选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚苯、聚呋喃、聚硒吩(polyselenophene)、聚异硫茚、聚苯硫醚、聚亚苯基乙烯(polyphenylenevinylene)、聚亚噻吩基乙烯(polythienylenevinylene)、聚萘、聚蒽、聚芘、聚甘菊环、酞菁、并五苯、部花青、和聚亚乙二氧基噻吩(polyethylenedioxythiophene)中的至少一种，该掺杂剂选自碘、高氯酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、四氟硼酸、五氟化砷、六氟磷酸、烷基磺酸、全氟烷基磺酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、和十二烷基苯磺酸中的至少一种。作为构成有机导电材料层的材料，可由上述19种有机材料和14种掺杂剂组成的266种组合中选择一种组合。特别的，该组合(构成有机半导体层的材料、有机材料、和掺杂剂)的优选实例、构成如下所述的有机半导体层的材料的实例包括，(并五苯、聚亚乙二氧基噻吩、和聚苯乙烯磺酸)、(聚噻吩、聚亚乙二氧基噻吩、和聚苯乙烯磺酸)、(聚芴、聚亚乙二氧基噻吩、和聚苯乙烯磺酸)、(并五苯、聚苯胺、和十二烷基苯磺酸)、(聚噻吩、聚苯胺、和十二烷基苯磺酸)、和(聚芴、聚苯胺、和十二烷基苯磺酸)。此外，在这种情况下，可将碳纳米管和/或富勒烯引入构成有机导电材料层的材料中。
优选的，有机半导体层的导电类型与有机导电材料层的导电类型相同。即，优选的，当有机半导体层的导电类型为n型时，有机导电材料层的导电类型为n型；且当有机半导体层的导电类型为p型时，有机导电材料层的导电类型为p型。
关于用掺杂剂掺杂构成有机导电材料层的材料，例如，可通过在合成构成有机导电材料层的材料期间，将掺杂剂加入用于构成有机导电材料层的材料的原材料中而实现掺杂。可选择的，可通过掺杂剂和构成有机导电材料层的材料之间的反应而实现掺杂。可选择的，可通过电化学掺杂方法实现掺杂，其中将构成有机导电材料层的材料浸入电解液并用电解质离子(掺杂剂)电化学掺杂。
在本发明的优选实施方式中，构成导电部分的材料的例子包括金属如铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、铷(Rb)、铑(Rh)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铟(In)、和锡(Sn)，包含这些金属元素的合金，氧化锡，氧化铟，氧化铟锡(ITO)，石墨，细金粒，细铂粒，细钯粒，细银粒，和细铜粒。期望包含多种这些物质的层。导电部分可含有包括任何这些金属和合金的薄膜或含有任何这些金属和合金的细粒。
虽然取决于构成有机导电材料层的材料，但根据本发明的实施方式，形成有机导电材料层的方法的例子包括，物理气相沉积(PVD)，如真空淀积和溅射；各种化学气相沉积(CVD)；旋涂法；各种印刷方法，如丝网印刷、喷墨印刷、胶版印刷、和凹版印刷；各种涂布方法，如气刮刀涂布、刮涂(bladecoating)、棒涂、刮刀涂布(knife coating)、压涂(squeeze coating)、逆转辊涂布、传递辊式涂布、凹版涂布、接触涂布(kiss coating)、流延涂布(cast coating)、喷涂、裂缝涂布(slit orifice coating)、压延涂布、和浸渍法；及喷雾法。
虽然取决于构成导电部分的材料，但用于形成导电部分的方法的例子包括，PVD，如真空淀积和溅射；包括MOCVD的各种类型CVD；旋涂法；使用各种类型导电膏的如上所述的各种印刷方法；如上所述的各种涂布方法；剥离(lift-off)法；荫罩(shadow-mask)法；电镀法，如电解电镀、化学镀，或两者的组合。根据需要，可将这些方法与构图(patterning)技术结合。另外，PVD的例子包括(a)各种真空淀积法，如电子束加热、电阻加热、和闪蒸气相沉积(flash vapor deposition)；(b)等离子沉积法；(c)各种溅射法，如二极管溅射、DC溅射、DC磁控溅射、RF溅射、磁控溅射、离子束溅射、和偏压溅射；和(d)各种离子电镀法，如直流(DC)法、RF法、多阴极法、活化反应离子电镀法、电场沉积、RF离子电镀法、和反应离子电镀法。
此外，导电部分和有机导电材料层可通过剥离法同时形成。即，虽然取决于场效应晶体管的结构，但源/漏电极可通过这样一种方法制造，其中在基底上形成在用于形成源/漏电极的位置的具有开口的抗蚀层，将有机半导体层、或栅极绝缘层(为了方便称作“底层”)、构成每个导电部分的层和有机导电材料层以这种顺序置于底层和抗蚀层上，然后除去抗蚀层、置于其上的构成导电部分的层和有机导电材料层。这里，在用于形成源/漏电极的位置的具有开口的抗蚀层在底层上形成之后，通过将抗蚀层进行表面处理，通过形成两层结构的抗蚀层，或通过形成含有负性抗蚀剂的抗蚀层，可设置每一开口的上部尺寸大于下部尺寸。因此，通过优化用于形成导电部分的条件和用于形成有机导电材料层的条件，可通过剥离法在导电部分的面对侧面上形成有机导电材料层。
根据本发明的实施方式，可用的构成有机半导体层的材料的实例，包括2，3，6，7-二苯并蒽(也称作“并五苯”)、C9S9(苯基[1，2-c；3，4-c’；5，6-c”]三[1，2]二硫酚-1，4，7-三硫酮)、C24H14S6(α-六噻吩)、酞菁类如铜酞菁、富勒烯(C60)、四硫代并四苯(C18H8S4)、四硒代并四苯(C18H8Se4)、四碲代并四苯(C18H8Te4)、聚(3-己基噻吩)、聚芴(C13H10)、和聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]。图7A展示聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)的结构式，和图7B展示聚苯乙烯磺酸的结构式。
可选择的，作为有机半导体层，例如，可使用杂环共轭导电聚合物或含杂原子的共轭导电聚合物，其实例如下所示。在结构式中，每个R和R’表示烷基(CnH2n+1)。
[杂环共轭导电聚合物]
聚吡咯[参考图7C所示的结构式。]
聚呋喃[参考图7D所示的结构式。]
聚噻吩[参考图7E所示的结构式。]
聚硒吩[参考图7F所示的结构式。]
聚碲吩(polytellurophene)[参考图7G所示的结构式。]
聚(3-烷基噻吩)[参考图7H所示的结构式。]
聚(3-噻吩-β-乙烷磺酸)[参考图7I所示的结构式。]
聚(N-烷基吡咯)[参考图8A所示的结构式。]
聚(3-烷基吡咯)[参考图8B所示的结构式。]
聚(3，4-二烷基吡咯)[参考图8C所示的结构式。]
聚(2，2’-噻吩基吡咯)[参考图8D所示的结构式。]
[含杂原子的共轭导电聚合物]
聚苯胺[参考图8E所示的结构式。]
聚(硫化二苯并噻吩)[参考图8F所示的结构式。]
可选择的，优选的，构成有机半导体层的有机半导体分子为在其两端均具有硫醇基(-SH)、氨基(-NH2)、异氰基(-NC)、硫代乙酸基(-SCOCH3)、或羧基(-COOH)的含共轭键的有机半导体分子。这种有机半导体分子的具体例子包括以下：
4，4’-联苯二硫酚[参考图9A所示的结构式。]
4，4’-二异氰基联苯[参考图9B所示的结构式。]
4，4’-二异氰基-对-三联苯[参考图9C所示的结构式。]
2，5-双(5’-硫代乙酸基(thioaceoxyl)-2’-苯硫基)噻吩[参考图9D所示的结构式。]
虽然取决于构成有机半导体层的材料，但用于形成有机半导体层的方法的例子包括，与描述的关于用于形成有机导电材料层的那些方法相同的方法。
构成栅电极的材料的实例包括金属如铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、铌(Nb)、钕(Nd)、铷(Rb)、铑(Rh)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、铜(Cu)、铟(In)、和锡(Sn)，包含这些金属元素的合金，由这些金属形成的导电粒子，由含有这些金属的合金形成的导电粒子，氧化锡，氧化铟，和氧化铟锡(ITO)。可堆叠含有这些元素的层用于形成栅电极。此外，作为用于构成栅电极的材料，可提及有机材料，如聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS]。
虽然取决于构成栅电极的材料，但用于形成栅电极的方法的例子包括，与描述的关于用于形成导电部分的那些方法相同的方法，和喷雾法。
构成栅极绝缘层的材料的实例包括无机绝缘材料，如氧化硅基材料、氮化硅(SiNγ)、Al2O3、HfO2、和高介电金属氧化物薄膜；和有机绝缘材料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯基苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚碳酸酯(PC)、和聚酰亚胺。这些材料可组合使用。氧化硅基材料的实例包括二氧化硅(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、旋涂玻璃(spin on glass)(SOG)、和低介电常数SiO2基材料(例如，聚芳基醚、环全氟化碳聚合物、苯并环丁烯、环状氟碳树脂、聚四氟乙烯、氟代芳基醚、聚氟代酰亚胺、无定形碳、和有机SOG)。可通过例如，选自PVD，如真空淀积和溅射；各种CVD；旋涂法；如上所述的各种印刷方法；如上所述的各种涂布方法；浸渍法；浇铸方法；和喷雾法的任意一种方法形成栅极绝缘层。
基底的实例包括各种玻璃衬底、各种在其表面上提供有绝缘层的玻璃衬底、石英衬底、在其表面上提供有绝缘层的石英衬底，和在其表面上提供有绝缘层的硅衬底。基底的其他实例包括塑料薄膜、塑料片材、和含有聚合材料的塑料衬底，这些聚合材料如聚醚砜(PES)、聚酰亚胺、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、和聚乙烯基苯酚(PVP)。通过使用含有这些柔韧的聚合材料中任意一种的基底，例如，生成的场效应晶体管可嵌入或整合到显示器件或具有曲面的电子设备中。此外，作为基底，例如，还可使用导电基底(即，含有金属如金或高取向石墨的衬底)。取决于场效应晶体管的构造和结构，在支承构件上提供场效应晶体管。这种支承构件也可含有如上所述的任何材料。此外，可用树脂密封电子设备和场效应晶体管。
当根据本发明的实施方式的场效应晶体管应用于或用于显示器件或各种电子设备时，可制造其中许多场效应晶体管整合在基底上的单片集成电路，或可通过切割分离单独的场效应晶体管以制造分立元件。可选择的，可用树脂密封场效应晶体管。
根据本发明的任意实施方式，每个源/漏电极包括由金属形成的导电部分和用掺杂剂掺杂的有机导电材料层。通过适当地选择构成有机导电材料层的材料，可在包含有机半导体层的沟道区和源/漏电极之间形成良好的欧姆接触。由于不必使用贵金属如金、铂、或钯形成导电部分，可降低场效应晶体管的制造成本。而且，由于导电部分由金属形成，可得到高电导率。由于用掺杂剂掺杂有机导电材料层，可得到高电导率。此外，可减少有机导电材料层和导电部分之间的电阻。
附图说明
图1A为实施例1中的场效应晶体管的示意局部剖视图，和图1B为实施例1中的场效应晶体管的变化实例的示意局部剖视图；
图2A为实施例1中的场效应晶体管的另一变化实例的示意局部剖视图，和图2B为实施例1中的场效应晶体管的再一变化实例的示意局部剖视图；
图3A为实施例2中的场效应晶体管的示意局部剖视图，图3B为实施例2中的场效应晶体管的变化实例的示意局部剖视图，和图3C为实施例2中的场效应晶体管的另一变化实例的示意局部剖视图；
图4A为实施例3中的场效应晶体管的示意局部剖视图，和图4B为实施例3中的场效应晶体管的变化实例的示意局部剖视图；
图5A为实施例3中的场效应晶体管的另一变化实例的示意局部剖视图，和图5B为实施例3中的场效应晶体管的再一变化实例的示意局部剖视图；
图6A为实施例4中的场效应晶体管的示意局部剖视图，图6B为实施例4中的场效应晶体管的变化实例的示意局部剖视图，和图6C为实施例4中的场效应晶体管的另一变化实例的示意局部剖视图；
图7A、7B、7C、7D、7E、7F、7G、7H和7I的每一个展示了适合用于本发明的实施方式的有机半导体材料的结构式；
图8A、8B、8C、8D、8E、和8F的每一个展示了适合用于本发明的实施方式的有机半导体材料的结构式；
图9A、9B、9C和9D的每一个展示了适合用于本发明的实施方式的有机半导体材料的结构式。
具体实施方式
现在基于实施例描述本发明。
(实施例1)
实施例1涉及根据本发明第一和第二实施方式的场效应晶体管。
实施例1中的场效应晶体管，其示意局部剖视图如图1A所示，包括栅电极12、栅极绝缘层13、源/漏电极21和构成沟道区15的有机半导体层14。每个源/漏电极21包括由金属形成的导电部分22和至少部分覆盖导电部分22且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23。
沟道区15包含位于源/漏电极21之间的有机半导体层14。沟道区15和每一导电部分22通过有机导电材料层23电连接。
可选择的，实施例1中的场效应晶体管为顶部栅极/底部接触型TFT且包括(A)置于基底11上的源/漏电极21，(B)置于位于源/漏电极21之间的基底11上和在源/漏电极21上的有机半导体层14，(C)置于有机半导体层14之间的栅极绝缘层13，和(D)置于栅极绝缘层13上的栅电极12。
每一源/漏电极21包括(a)由金属形成的导电部分22和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23，该有机导电材料层23至少部分覆盖导电部分的底面、与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面、和导电部分的顶面中的至少任意一个。具体的说，在实施例1中，将有机导电材料层23安置于不同于导电部分22的底面的表面上。即，将有机导电材料层23安置于顶面和面对侧面上。
在实施例1中，基底11为在其表面上提供有SiO2层(未显示)的玻璃衬底。栅电极12含有铜(更具体的说，细铜粒的聚集体)。栅极绝缘层13含有SiO2。有机半导体层14含有并五苯。构成导电部分22的金属为铜(更具体的说，细铜粒的聚集体)。此外，有机导电材料层23含有这样一种材料，该材料通过用掺杂剂如聚苯乙烯磺酸[PSS]掺杂有机材料如聚亚乙二氧基噻吩[更准确的说，聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)，PEDOT]得到。
用于制造实施例1中的顶部栅极/底部接触型TFT的方法概要如下所述。
[步骤100]
首先，使用铜糊料(copper paste)通过丝网印刷在基底11上形成构成源/漏电极21的导电部分22，该基底11含有在其表面提供有SiO2层(未显示)的玻璃衬底。
[步骤110]
随后，通过丝网印刷将通过用聚苯乙烯磺酸掺杂聚亚乙二氧基噻吩得到的材料涂布，以覆盖导电部分22，并由此形成有机导电材料层23。形成每一有机导电材料层23以完全覆盖相应的导电部分22。
可选择的，构成有机导电材料层23的材料可为通过用十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺得到的材料。可选择的，可将构成有机导电材料层23的材料与碳纳米管、富勒烯、或碳纳米管和富勒烯相结合。相对于100重量份的构成有机导电材料层23的材料，可优选以10重量份的量混合碳纳米管和/或富勒烯。
[步骤120]
随后，在制品的整个表面上形成有机半导体层14。具体的说，在如下表1所示的条件下通过真空淀积，在源/漏电极21上(更具体地说，在有机导电材料层23上)和在基底11上形成含有并五苯的有机半导体层14。当沉积有机半导体层14时，通过部分覆盖源/漏电极21和基底11，无需光刻过程可形成有机半导体层14。
表1
 
基底温度 60℃
沉积速度 3nm/分钟
压力 5×10<sup>-4</sup>Pa
可选择的，可通过丝网印刷或旋涂在源/漏电极21上(更明确的，在有机导电材料层23上)和在基底11上形成含有例如聚噻吩或聚芴的有机半导体层14。
[步骤130]
然后，在制品的整个表面上形成栅极绝缘层13。具体的说，通过在整个表面上(具体的说，在有机半导体层14上)进行溅射，形成含有SiO2的栅极绝缘层13。
[步骤140]
然后，使用铜糊料通过丝网印刷在栅极绝缘层13上形成栅电极12。
[步骤150]
最后，在制品的整个表面上形成用作钝化膜的绝缘层(未显示)。在源/漏电极21上的绝缘层中形成开口，及在包括开口内部的整个表面上形成配线材料层，随后进行配线材料层的构图。由此，完成实施例1中的场效应晶体管，其中在绝缘层上形成与源/漏电极21连接的配线(未显示)。
图1B、2A、和2B的每个为实施例1中的场效应晶体管(顶部栅极/底部接触型TFT)的变化实例的示意局部剖视图。在图1B所示的变化实例中，在与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面(面对侧面)上形成有机导电材料层23。在图2A所示的变化实例中，在导电部分22的顶面上形成有机导电材料层23。此外，在图2B所示的变化实例中，在导电部分22的底面形成有机导电材料层23。虽然未在图中显示，但可在导电部分22的底面和面对侧面、或在导电部分22的顶面、面对侧面和底面上形成有机导电材料层23。此外，可在每个表面上完全或部分形成有机导电材料层23。可选择的，可在每个表面上形成像岛一样的有机导电材料层23。
(实施例2)
实施例2涉及根据本发明第一和第三实施方式的场效应晶体管。
实施例2中的场效应晶体管，其示意局部剖视图如图3A所示，包括栅电极12、栅极绝缘层13、源/漏电极21和构成沟道区15的有机半导体层14。每个源/漏电极21包括由金属形成的导电部分22和至少部分覆盖导电部分22且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23。
沟道区15包含位于源/漏电极21之间的有机半导体层14。沟道区15和每一导电部分22通过有机导电材料层23电连接。
可选择的，实施例2中的场效应晶体管为顶部栅极/顶部接触型TFT，且包括(A)置于基底11上的有机半导体层14，(B)置于有机半导体层14上的源/漏电极21，(C)置于位于源/漏电极21之间的有机半导体层14上和在源/漏电极21上的栅极绝缘层13，和(D)置于栅极绝缘层13上的栅电极12。
每一源/漏电极21包括(a)由金属形成的导电部分22和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23，该有机导电材料层23至少部分覆盖导电部分22的底面和与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面中的至少一个。具体的说，在实施例2中，有机导电材料层23在不同于底面的表面上形成。即，有机导电材料层23在导电部分22的面对侧面和顶面上形成。
在实施例2中，基底11、栅电极12、栅极绝缘层13、有机半导体层14、构成导电部分22的金属、和构成有机导电材料层23的材料含有与实施例1中所述相同的材料。
用于制造实施例2中的顶部栅极/顶部接触型TFT的方法概要如下所述。
[步骤200]
首先，如实施例1中的[步骤120]一样，在含有在其表面提供有SiO2层(未显示)的玻璃衬底的基底11上形成有机半导体层14。
[步骤210]
随后，如实施例1中的[步骤100]一样，使用铜糊料通过丝网印刷在有机半导体层14上形成构成源/漏电极21的导电部分22。
[步骤220]
随后，如实施例1中的[步骤110]一样，通过丝网印刷将通过用掺杂剂掺杂有机材料得到的材料进行涂布，以覆盖导电部分22，并由此形成有机导电材料层23。形成每一有机导电材料层23以完全覆盖相应的导电部分22。
[步骤230]
然后，如实施例1中的[步骤130]一样，通过在整个表面上(具体的说，在有机半导体层14和源/漏电极21上)进行溅射，形成含有SiO2的栅极绝缘层13。
[步骤240]
然后，使用铜糊料通过丝网印刷在栅极绝缘层13上形成栅电极12。
[步骤250]
最后，进行与实施例1中的[步骤150]相同的步骤。由此，完成实施例2中的场效应晶体管。
图3B和3C的每一个为实施例2中的场效应晶体管(顶部栅极/顶部接触型TFT)的变化实例的示意局部剖视图。在图3B所示的变化实例中，在与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面(面对侧面)上形成有机导电材料层23。在图3(C)所示的变化实例中，在导电部分22的底面上形成有机导电材料层23。虽然未在图中显示，但可在导电部分22的底面和面对侧面，或在导电部分22的顶面、面对侧面和底面上形成有机导电材料层23。此外，可在每个表面上完全或部分形成有机导电材料层23。可选择的，可在每个表面上形成像岛一样的有机导电材料层23。
(实施例3)
实施例3涉及根据本发明第一和第四实施方式的场效应晶体管。
实施例3中的场效应晶体管，其示意局部剖视图如图4A所示，包括栅电极12、栅极绝缘层13、源/漏电极21和构成沟道区15的有机半导体层14。每个源/漏电极21包括由金属形成的导电部分22和至少部分覆盖导电部分22且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23。
沟道区15包含位于源/漏电极21之间的有机半导体层14。沟道区15和每一导电部分22通过有机导电材料层23电连接。
可选择的，实施例3中的场效应晶体管为底部栅极/底部接触型TFT，且包括(A)置于基底11上的栅电极12，(B)置于栅电极12和基底11上的栅极绝缘层13，(C)置于栅极绝缘层13上的源/漏电极21，和(D)置于位于源/漏电极21之间的栅极绝缘层13上和在源/漏电极21上的有机半导体层14。
每一源/漏电极21包括(a)由金属形成的导电部分22和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23，该有机导电材料层23至少部分覆盖导电部分22的底面、与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面、和导电部分22的顶面中的至少一个。具体的说，在实施例3中，在不同于底面的表面上形成有机导电材料层23。即，在导电部分22的面对侧面和顶面上形成有机导电材料层23。
在实施例3中，基底11、栅电极12、栅极绝缘层13、有机半导体层14、构成导电部分22的金属、和构成有机导电材料层23的材料含有与实施例1中所述相同的材料。
用于制造实施例3中的底部栅极/底部接触型TFT的方法概要如下所述。
[步骤300]
首先，使用铜糊料通过丝网印刷，在含有在其表面提供有SiO2层(未显示)的玻璃衬底的基底11上形成栅电极12。
[步骤310]
随后，通过在栅电极12和基底11上进行溅射，形成含有SiO2的栅极绝缘层13。
[步骤320]
随后，如实施例1中的[步骤100]一样，使用铜糊料通过丝网印刷在栅极绝缘层13上形成构成源/漏电极21的导电部分22。
[步骤330]
然后，如实施例1中的[步骤110]一样，通过丝网印刷将通过用掺杂剂掺杂有机材料得到的材料进行涂布，以覆盖导电部分22，并由此形成有机导电材料层23。形成每一有机导电材料层23以完全覆盖相应的导电部分22。
[步骤340]
然后，如实施例1中的[步骤120]一样，在整个表面上(具体的说，在源/漏电极21上和在栅极绝缘层13上)形成有机半导体层14。
[步骤350]
最后，进行与实施例1中[步骤150]相同的步骤。由此，完成实施例3中的场效应晶体管。
图4B、5A、和5B的每个为实施例3中的场效应晶体管(底部栅极/底部接触型TFT)的变化实例的示意局部剖视图。在图4B所示的变化实例中，在与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面(面对侧面)上形成有机导电材料层23。在图5A所示的变化实例中，在导电部分22的顶面上形成有机导电材料层23。此外，在图5B所示的变化实例中，在导电部分22的底面形成有机导电材料层23。虽然未在图中显示，但可在导电部分22的底面和面对侧面、在导电部分22的底面和顶面、或在导电部分22的顶面、面对侧面和底面上形成有机导电材料层23。此外，可在每个表面上完全或部分形成有机导电材料层23。可选择的，可在每个表面上形成像岛一样的有机导电材料层23。
(实施例4)
实施例4涉及根据本发明第一和第五实施方式的场效应晶体管。
实施例4中的场效应晶体管，其示意局部剖视图如图6A所示，包括栅电极12、栅极绝缘层13、源/漏电极21和构成沟道区15的有机半导体层14。每个源/漏电极21包括由金属形成的导电部分22和至少部分覆盖导电部分22且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23。
沟道区15包含位于源/漏电极21之间的有机半导体层14。沟道区15和每一导电部分22通过有机导电材料层23电连接。
可选择的，实施例4中的场效应晶体管为底部栅极/顶部接触型TFT，且包括(A)置于基底11上的栅电极12，(B)置于栅电极12和基底11上的栅极绝缘层13，(C)置于栅极绝缘层13上的有机半导体层14，和(D)置于有机半导体层14上的源/漏电极21。
每一源/漏电极21包括(a)由金属形成的导电部分22和(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层23，该有机导电材料层23至少部分覆盖导电部分22的底面和与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面中的至少一个。具体的说，在实施例4中，在不同于底面的表面上形成有机导电材料层23。即，在导电部分22的面对侧面和顶面上形成有机导电材料层23。
在实施例4中，基底11、栅电极12、栅极绝缘层13、有机半导体层14、构成导电部分22的金属、和构成有机导电材料层23的材料含有与实施例1中所述相同的材料。
用于制造实施例4中的底部栅极/顶部接触型TFT的方法概要如下所述。
[步骤400]
首先，使用铜糊料通过丝网印刷，在含有在其表面提供有SiO2层(未显示)的玻璃衬底的基底11上形成栅电极12。
[步骤410]
随后，通过在栅电极12和基底11上进行溅射，形成含有SiO2的栅极绝缘层13。
[步骤420]
随后，如实施例1中的[步骤120]一样，在整个表面上(具体的说，在栅极绝缘层13上)形成有机半导体层14。
[步骤430]
然后，如实施例1中的[步骤100]一样，使用铜糊料通过丝网印刷在有机半导体层14上形成构成源/漏电极21的导电部分22。
[步骤440]
然后，如实施例1中的[步骤110]一样，通过丝网印刷将通过用掺杂剂掺杂有机材料得到的材料进行涂布，以覆盖导电部分22，并由此形成有机导电材料层23。形成每一有机导电材料层23以完全覆盖相应的导电部分22。
[步骤450]
最后，进行与实施例1中[步骤150]相同的步骤。由此，完成实施例4中的场效应晶体管。
图6B和6C的每一个为实施例4中的场效应晶体管(底部栅极/顶部接触型TFT)的变化实例的示意局部剖视图。在图6B所示的变化实例中，在与构成另一源/漏电极21的导电部分22的侧面面对的导电部分22的侧面(面对侧面)上形成有机导电材料层23。在图6(C)所示的变化实例中，在导电部分22的底面上形成有机导电材料层23。虽然未在图中显示，但可在导电部分22的底面和面对侧面、或在导电部分22的顶面、面对侧面和底面上形成有机导电材料层23。此外，可在每个表面上完全或部分形成有机导电材料层23。可选择的，可在每个表面上形成像岛一样的有机导电材料层23。
本发明不限于如上所述的优选实施例。用于实施例中的场效应晶体管的构造、结构、制造条件、和材料可适当的变化。当根据本发明实施方式的场效应晶体管应用于或用于显示器件或各种电子设备时，可制造其中许多TFT整合在基底或支承构件上的单片集成电路，或可通过切割分隔单独的TFT以制造分立元件。
本领域的技术人员应当理解，在附加权利要求或其等价物的范围内，取决于设计要求和其他因素，可进行各种修改、组合、再组合、和变化。

Claims (16)

1.一种场效应晶体管，包括：
栅电极；
栅极绝缘层；
源/漏电极；及
构成沟道区的有机半导体层，
其中每一源/漏电极包括
(a)由金属形成的导电部分，和
(b)至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，
其中沟道区包括位于源/漏电极之间的有机半导体层，和
其中沟道区和每一导电部分通过有机导电材料层电连接；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
2.一种场效应晶体管，包括：
(A)置于基底上的源/漏电极；
(B)置于位于源/漏电极之间的基底上和在源/漏电极上的有机半导体层；
(C)置于有机半导体层上的栅极绝缘层；和
(D)置于栅极绝缘层上的栅电极，
其中每一源/漏电极包括
(a)由金属形成的导电部分，和
(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，和
其中有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面、与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面、和导电部分的顶面中的至少任意一个；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
3.一种场效应晶体管，包括：
(A)置于基底上的有机半导体层；
(B)置于有机半导体层上的源/漏电极；
(C)置于位于源/漏电极之间的有机半导体层上和在源/漏电极上的栅极绝缘层；和
(D)置于栅极绝缘层上的栅电极，
其中每一源/漏电极包括
(a)由金属形成的导电部分，及
(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，和
其中有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面和与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面中的至少一个；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
4.一种场效应晶体管，包括：
(A)置于基底上的栅电极；
(B)置于栅电极和基底上的栅极绝缘层；
(C)置于栅极绝缘层上的源/漏电极；及
(D)置于位于源/漏电极之间的栅极绝缘层上和在源/漏电极上的有机半导体层，
其中每一源/漏电极包括
(a)由金属形成的导电部分，及
(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，和
其中有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面、与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面、和导电部分的顶面中的至少任意一个；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
5.一种场效应晶体管，包括：
(A)置于基底上的栅电极；
(B)置于栅电极和基底上的栅极绝缘层；
(C)置于栅极绝缘层上的有机半导体层；及
(D)置于有机半导体层上的源/漏电极，
其中每一源/漏电极包括
(a)由金属形成的导电部分，及
(b)用掺杂剂掺杂的有机导电材料层，和
其中有机导电材料层至少部分覆盖导电部分的底面和与构成另一源/漏电极的导电部分的侧面面对的导电部分的侧面中的至少一个；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
6.权利要求2-5中任一项的场效应晶体管，其中沟道区包括位于源/漏电极之间的有机半导体层，且沟道区和每一导电部分通过有机导电材料层电连接。
7.权利要求1-5中任一项的场效应晶体管，其中构成有机导电材料层的材料通过用选自以下的至少一种掺杂剂掺杂选自以下的至少一种有机材料制备，其中该有机材料选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚苯、聚呋喃、聚硒吩、聚异硫茚、聚苯硫醚、聚亚苯基乙烯、聚亚噻吩基乙烯、聚萘、聚蒽、聚芘、聚甘菊环、酞菁、并五苯、部花青、和聚亚乙二氧基噻吩中的至少一种，该掺杂剂选自碘、高氯酸、盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、四氟硼酸、五氟化砷、六氟磷酸、烷基磺酸、全氟烷基磺酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸、和十二烷基苯磺酸中的至少一种。
8.权利要求7的场效应晶体管，其中构成有机导电材料层的材料包含碳纳米管和/或富勒烯。
9.权利要求1-5中任一项的场效应晶体管，其中有机半导体层的导电类型与有机导电材料层的导电类型相同。
10.权利要求1-5中任一项的场效应晶体管，其中构成导电部分的材料为铜、银、铝、细金粒、细铂粒、或细钯粒。
11.一种场效应晶体管的制造方法，包括：
在基底上，由金属形成源/漏电极的导电部分；
形成至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层；
形成有机半导体层；
在有机半导体层上形成栅极绝缘层；和
在栅极绝缘层上形成栅电极；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
12.一种场效应晶体管的制造方法，包括：
在基底上形成有机半导体层；
在有机半导体层上，由金属形成源/漏电极的导电部分；
形成至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层；
形成栅极绝缘层；和
在栅极绝缘层上形成栅电极；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
13.一种场效应晶体管的制造方法，包括：
在基底上形成栅电极；
在基底和栅电极上形成栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上，由金属形成源/漏电极的导电部分；
形成至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层；和
形成有机半导体层；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
14.一种场效应晶体管的制造方法，包括：
在基底上形成栅电极；
在栅电极和基底上形成栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上形成有机半导体层；
在有机半导体层上，由金属形成源/漏电极的导电部分；和
形成至少部分覆盖导电部分且用掺杂剂掺杂的有机导电材料层；
其中所述有机导电材料层以下面方式的任意一种方式形成：
(1)在所述导电部分的面对侧面上，
(2)在所述导电部分的底面和面对侧面上，
(3)在所述导电部分的顶面和面对侧面上，
(4)在所述导电部分的顶面、面对侧面和底面上。
15.权利要求1-10中任一项的场效应晶体管在显示器件及电子设备中的应用，其中，许多场效应晶体管整合在基底上以制造单片集成电路。
16.权利要求1-10中任一项的场效应晶体管在显示器件及电子设备中的应用，其中，通过切割，对单独的场效应晶体管进行分离以制造分立元件。
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