CN101267020A - 有机薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents

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CN101267020A CNA2008100966149A CN200810096614A CN101267020A CN 101267020 A CN101267020 A CN 101267020A CN A2008100966149 A CNA2008100966149 A CN A2008100966149A CN 200810096614 A CN200810096614 A CN 200810096614A CN 101267020 A CN101267020 A CN 101267020A
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黄昱仁
黄维邦
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Abstract

本发明一种有机薄膜晶体管及其制造方法，其中该有机薄膜晶体管包括一栅极、一栅绝缘层、一有源层、一源极以及一漏极，该有机薄膜晶体管还包括一有机修饰绝缘层设置在该栅绝缘层表面上。本发明有机薄膜晶体管适当地使用有机修饰绝缘层修饰栅绝缘层，能够为N型薄膜晶体管提供良好的接触表面，减少电子被局限在有源层与栅绝缘层的接口，降低了氢氧根密度，进而提升电子在通道中的传递能力，并且可以提高有机薄膜晶体管在大气环境中的稳定性。

Description

有机薄膜晶体管及其制造方法
【技术领域】
本发明是关于一种薄膜晶体管及其制造方法，尤指一种N型有机薄膜晶体管及其制造方法。
【背景技术】
传统的无机晶体管是金属氧化物半导体(MOS)式的场效应管，其半导体材料一般为无机硅。有机薄膜晶体管(Organic thin film transistors，简称OTFT)又称塑料晶体管，与MOS晶体管的最大不同在于OTFT采用有机半导体材料取代MOS中的无机半导体材料。
与无机晶体管相比，有机薄膜晶体管具有下述主要优点：有机薄膜的成膜技术更多、更新，如Langmuir-Blodgett(LB)技术、分子自组装技术、真空蒸镀、喷墨打印等，从而使制作工艺简单、多样、成本低；器件的尺寸能做得更小，集成度更高，分子尺度的减小和集成度的提高意味着操作功率的减小以及运算速度的提高；以有机聚合物制成的晶体管，其电性能可通过对有机分子结构进行适当的修饰而得到满意的结果；有机物易于获得，有机场效应管的制作工艺也更为简单，它并不要求严格的控制气氛条件和苛刻的纯度要求，因而能有效地降低器件的成本；全部由有机材料制备的所谓“全有机”的晶体管呈现出非常好的柔韧性，而且质量轻，携带方便。有研究表明，对器件进行适度的扭曲或弯曲，器件的电特性并没有显着的改变。良好的柔韧性进一步拓宽了有机晶体管的使用范围。
OTFT最关键的技术之一是有机半导体材料。有机薄膜晶体管对所用的有机半导体材料有着特殊的要求：高迁移率、低本征电导率。高迁移率是为了保证器件的开关速度，低本征电导率是为了尽可能地降低器件的漏电流，从而提高器件的开关比，增加器件的可靠性。
按照材料传输载流子电荷的不同，可分为N型半导体材料和P型半导体材料。N型半导体是指载流子电荷为负，即载流子为电子；P型半导体是指载流子电荷为正，即载流子为空穴。
然而，有机薄膜晶体管中，有机半导体材料大多数为P材料，目前以P型有机晶体管的载子迁移率较高，N型材料较少，且要找到能够与其载子迁移率相当的N型材并不多，另外，目前常见的N型有机半导体材料在空气中操作时易受到水气或氧气的影响，导致器件的电性不佳且寿命相当的短。因此目前多数的N型有机薄膜晶体管都必须在氮气中或真空中操作，限制了有机晶体管的进一步发展。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一有机薄膜晶体管及其制造方法，特别是一种在大气中稳定性高的N型有机薄膜晶体管。
为达上述的目的，本发明提供一种有机薄膜晶体管包括一栅极、一栅绝缘层、一有源层、一源极以及一漏极，该有机薄膜晶体管还包括一有机修饰绝缘层设置在该栅绝缘层表面上。
本发明还提供一种有机薄膜晶体管的制造方法，包括以下步骤：
形成一栅极以及一栅绝缘层，其中该栅绝缘层覆盖在栅极上；
在该栅绝缘层表面上形成一有机修饰绝缘层；
在该有机修饰绝缘层上形成一有源层；以及
在该有源层上形成一源极以及一漏极。
相较于现有技术，本发明有机薄膜晶体管及其制造方法适当地使用有机修饰绝缘层修饰栅绝缘层，能够为N型薄膜晶体管提供良好的接触表面，减少电子被局限在有源层与栅绝缘层的接口，降低了氢氧根密度，进而提升电子在通道中的传递能力，并且可以提高有机薄膜晶体管在大气环境中的稳定性。
【附图说明】
图1为本发明有机薄膜晶体管未经封装的结构示意图。
图2为使用不同材料制成的有机修饰绝缘层的本发明有机薄膜晶体管的电子迁移率的关系示意图。
图3为使用不同材料制成的有机修饰绝缘层的本发明有机薄膜晶体管的的开关比的关系示意图。
图4为具PMMA制成的有机修饰绝缘层的本发明有机薄膜晶体管的迁移率对时间的趋势示意图。
图5为具PMMA制成的有机修饰绝缘层的本发明有机薄膜晶体管的开关比对时间的趋势示意图。
【具体实施方式】
请参照图1，为本发明有机薄膜晶体管(Organic thin film transistors，简称OTFT)未经封装的结构示意图，本发明OTFT包括一栅极1、一栅绝缘层2、一有机修饰绝缘层(polymer insulator)3、有源层4、源极5以及漏极6。在本实施例中，本发明OTFT是一N型OTFT，有源层4是一N型有机半导体层(例如：由PTCDI-C8材料形成)。本发明OTFT在N型有机半导体层4成膜之前，先在栅绝缘层2表面上旋转涂布形成一有机修饰绝缘层3后，再在该有机修饰绝缘层3上利用热蒸镀法将N型材料成膜形成该N型有机半导体层4。通过该有机修饰绝缘层3的表面修饰，能够为N型OTFT提供良好的接触表面，减少电子被局限在有源层4与栅绝缘层2的接口，降低了氢氧根密度，进而提升电子在通道中的传递能力，并且可以提高OTFT在大气环境中的稳定性。
该有机修饰绝缘层3的材料可以选自聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methylmethacrylate)，PMMA)、聚α甲基苯乙烯(poly-α-methylstyrene，PαMS)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)或聚乙烯基苯酚(poly(4-vinylphenol)，PVP)等中的一种。
Figure A20081009661400051
OTFT迁移率和开关比是其两个重要的参数：迁移率(mobility)越大，实际运作速度越快；开关比(On/Off ratio)越大，所驱动的器件的对比度越好。
图2与图3是本发明OTFT电性表现的结果，可知，具有PMMA构成的有机修饰绝缘层3的N型OTFT的电性表现最好，含有氢氧根(-OH)的有机修饰绝缘层3的电性表现较差。可以由该趋势发现含有氢氧根对于OTFT的表现有抑制的作用。此外没有有机修饰绝缘层3的OTFT在空气中电性的表现很差，几乎没有晶体管的特性，是因为一般栅绝缘层2表面有大量的氢氧根，因此也可更加推论，利用有机修饰绝缘层3修饰过后，因栅绝缘层2表面上的氢氧根密度的降低，可以提高OTFT的稳定度。
图4为本发明OTFT的稳定度测试。把具PMMA制成的有机修饰绝缘层的OTFT放置在干燥箱中储存，同时纪录其在空气中量测时的湿度变化，可以发现本发明OTFT的迁移率在20天之后才有大幅下降的趋势，但是还能够维持不错的电性表现，在第38天迁移率的平均值还能够达到0.04cm2/Vs，对于未经任合封装的有机薄膜晶体管的稳定性来说，已是不错的表现。另外，由图5也可以看到其开关比在38天左右也能够维持在104以上。
本实施例中，N型OTFT仅用以举例说明，本发明的有机修饰绝缘层可以适用于其他类型的OTFT，用以修饰其附着的绝缘层的表面，从而降低其绝缘层表面上的氢氧根密度，进而达到增进OTFT在大气环境中的稳定性。
本发明有机薄膜晶体管的制造方法，包括以下步骤：
形成一栅极1以及一栅绝缘层2，其中该栅绝缘层2覆盖在栅极1上；
在栅绝缘层2表面上旋转涂布形成一有机修饰绝缘层3；
在该有机修饰绝缘层3上利用热蒸镀法将N型材料成膜形成该N型有机半导体层4；以及
在该N型有机半导体层4上形成一源极5以及一漏极6。
本发明OTFT适当地使用有机修饰绝缘层修饰栅绝缘层，能够为N型薄膜晶体管提供良好的接触表面，减少电子被局限在有源层与栅绝缘层的接口，降低了氢氧根的密度，进而提升电子在通道中的传递能力，并且可以提高OTFT在大气环境中的稳定性。

Claims (10)

1.一种有机薄膜晶体管包括一栅极、一栅绝缘层、一有源层、一源极以及一漏极，其特征在于：该有机薄膜晶体管还包括一有机修饰绝缘层设置在该栅绝缘层表面上。
2.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于：该有机薄膜晶体管是一N型有机薄膜晶体管，有源层是一N型有机半导体层。
3.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于：该有机修饰绝缘层设置在栅绝缘层与有源层之间。
4.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于：该有机修饰绝缘层的材料可以选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚α甲基苯乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯基苯酚等中的一种。
5.一种有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：该制造方法包括：
形成一栅极以及一栅绝缘层，其中该栅绝缘层覆盖在栅极上；
在该栅绝缘层表面上形成一有机修饰绝缘层；
在该有机修饰绝缘层上形成一有源层；以及
在该有源层上形成一源极以及一漏极。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于：利用旋转涂布方式在该栅绝缘层表面上形成该有机修饰绝缘层。
7.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于：利用热蒸镀法在该有机修饰绝缘层上形成该N型有机半导体层。
8.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于：该有机薄膜晶体管是一N型有机薄膜晶体管，有源层是一N型有机半导体层。
9.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于：该有机修饰绝缘层设置在栅绝缘层与有源层之间。
10.如权利要求5所述的制造方法，其特征在于：该有机修饰绝缘层的材料可以选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚α甲基苯乙烯、聚乙烯醇或聚乙烯基苯酚等中的一种。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
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