CN101593811B - 圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管 - Google Patents
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Abstract
圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管，涉及一种新型结构的场效应器件，用于LCD平板显示中的像素驱动。它的结构包括：在ITO导电玻璃(1)上，依次制作绝缘层(2)，有源层(3)，源漏电极(4)和漏电极(5)。其中位于源电极和漏电极之间的沟道呈闭合圆环形。绝缘层(2)的材料采用SiO2或Si3N4；有源层(3)的材料采用并五苯或酞菁铜；源(4)、漏电极(5)的材料采用Al或者Au。绝缘层的厚度150～300nm，有源层的厚30～60nm。这种原型沟道器件比传统的直线沟道器件有更高的场效应迁移率，输出特性曲线更为陡峭，并且获得了更大的饱和输出电流，从而提高了器件的输出性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型结构的有机薄膜晶体管(OTFT)，主要用于平板显示屏(如LCD)的像素驱动电路。
背景技术
薄膜场效应晶体管(TFT)在液晶显示器(LCD)上的应用并取得巨大的成功，使平板显示得到了极大的发展。早在2003年，液晶显示器(LCD)的销售总量已经超过传统的阴极射线管(CRT)显示器，并显示出强劲的增长趋势。它巨大的经济潜力吸引工作者寻找新的方法来代替传统的昂贵的半导体制作方法，从而降低制作成本。
有机器件作为有机电子学发展的一个重要方向，在平板显示领域也有着巨大的潜力。1985年首次用聚噻吩为半导体材料制备了有机薄膜晶体管(OTFT)。此后，OTFT器件就以其低成本、柔韧性好、易于加工等优点，它在平板显示器件、传感器、射频识别标签以及智能卡等领域已经展现出了巨大的应用价值。研究人员通过采用新的高性能有机半导体材料、改变器件结构等方法，来改善器件的性能，使器件的迁移率、开关电流比等关键性能得到显著的提高。已经有许多课题组对各种有机半导体材料进行了深入的研究。例如酞菁类OTFT器件可以实现在性能上达到传统非晶硅TFT器件水平的OTFT器件，器件的电荷载流子场效应迁移率可以达到0.1～0.2cm2/V·s。而以并五苯(pentacene)为有机半导体材料制备的有机薄膜晶体管，其电荷载流子的场效应迁移率可以达到1.5cm2/V·s以上。
在器件结构方面，除了沿用传统无机器件的结构，还有玻璃衬底上制作了垂直沟道的全有机OTFT，通过控制薄膜厚度就可以控制沟道的长度，从而可以不需要光刻就获得精确的短沟道OTFT器件。通过采用ZnO等新的栅材料改善器件的透光性，有机/无机复合光电导的发展使得OTFT将有可能应用在光电开关等领域。同时有采用双栅结构，提高了对导电沟道的控制，获得了较大的输出电流，进一步提高了器件的性能等等。
然而，OTFT用于显示领域，需要其具备优良的开关和输出性能。这要求器件的场效应迁移率较高，其输出特性曲线要更陡峭，饱和输出电流更大，开关电流比更大。当前OTFT虽然在个方面性能上都有了一定的提高，但是限于有机材料的性能和器件结构方面的影响，目前的OTFT的场效应迁移率还远远比不上无机器件，并且器件的源漏饱和电压也比过大，此外，输出的饱和电流比较小，造成开关电流比也较小。这些原因造成了OTFT还难于得到较多实际的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种新型的、基于圆环形闭合沟道结构的有机薄膜晶体管。
本发明的技术方案：
圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管：
它的结构包括：在ITO导电玻璃上，依次制作绝缘层，有源层和源、漏电极；源漏驱动电源和栅电源均采用直流电源。其中，在蒸镀金属制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环形结构，同时源、漏电极分别紧贴并位于圆环沟道的外侧和内侧。
以玻璃上的ITO作栅极，采用SiO2或Si3N4作绝缘层，栅极通过绝缘层控制导电沟道的性质。有源层材料采用并五苯(pentacene)或酞菁铜，源电极和漏电极的材料采用Al或Au。
其中，绝缘层(2)的厚度150～300nm，有源层(3)的厚度30～60nm。
测试器件性能时，电源采用直流，源极接负，漏极接地，形成源漏回路；栅极接负，和漏极构成栅极回路。源漏回路电压幅值0～-50V，栅极回路电压幅值0～-50V。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
与传统直线沟道器件相比较，其迁移率获得了30％以上的提高，因而器件速度更快；其源、漏饱和电压减小5V以上，因而器件输出曲线更陡峭；其饱和输出电流获得了50％以上的提高，因而器件具有更优秀的开关和输出特性。
附图说明
图1圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管的基本结构示意图和测试电路。
图2圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管沟道和源、漏电极结构示意图。
图1中：栅极ITO导电玻璃1，绝缘层2，有源层3，源电极4，漏电极5，沟道6。
图2中：源电极4，漏电极5，沟道6。
具体实施方式
一种圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管，其结构见图1。
实施例一
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/SiO2/pentacene/Al
绝缘层SiO2厚度150nm
有源层并五苯(pentacene)厚度30nm
源电极和漏电极的材料为Al。在蒸镀Al制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环形结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
实施例二
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/SiO2/pentacene/Au
绝缘层SiO2厚度200nm，
有源层有并五苯(pentacene)40nm
源电极和漏电极的材料为Au。在蒸镀Au制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环型结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
施例三
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/SiO2/酞菁铜/Al
绝缘层SiO2厚度250nm
有源层酞菁铜厚度50nm
源电极和漏电极的材料为Al。在蒸镀Al制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环型结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
实施例四
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/SiO2/酞菁铜/Au
绝缘层SiO2厚度300nm
有源层酞菁铜厚度60nm
源电极和漏电极的材料为Au。在蒸镀Au制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环型结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
实施例五
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/Si3N4/pentacene/Al
绝缘层Si3N4厚度300nm，
有源层并五苯(pentacene)厚度30nm
源电极和漏电极的材料为Al。在蒸镀Al制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环型结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
实施例六
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/Si3N4/pentacene/Au
绝缘层Si3N4厚度250nm，
有源层并五苯(pentacene)厚度40nm
源电极和漏电极的材料为Au。在蒸镀Au制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环型结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
实施例七
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/Si3N4/酞菁铜/Al
绝缘层Si3N4厚度200nm，
有源层酞菁铜厚度50nm
源电极和漏电极的材料为Al。在蒸镀Al制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环型结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
实施例八
圆环形闭合沟道薄膜晶体管，它的基本结构包括：在ITO导电玻璃1上，依次制作绝缘层2，有源层3，源电极4与漏电极5。其结构可以表示为：
ITO/Si3N4/有源层/Au
绝缘层Si3N4厚度150nm，
有源层酞菁铜厚度60nm
源电极和漏电极的材料为Au。在蒸镀Au制备源电极和漏电极的时候，采用环行的掩膜，使得制备的沟道的宽长比为W/L＝40，沟道形状为闭合的圆环形结构，同时源电极4、漏电极5分别紧贴并位于圆形沟道的外侧和内侧。
Claims (3)
1.圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管，它的结构是：在ITO导电玻璃(1)上，依次制作绝缘层(2)，有源层(3)，以及源电极(4)和漏电极(5)；源漏驱动电源和栅电源均采用直流电源，其特征在于：在蒸镀金属制备源电极(4)和漏电极(5)的时候，采用环形的掩膜，使得制备的沟道形状为闭合的圆环形结构，同时源、漏电极分别紧贴并位于圆环形沟道的外侧和内侧。
2.根据权利要求1所述的圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管，其特征在于：ITO导电玻璃(1)作为栅极，绝缘层(2)的材料采用SiO2或Si3N4；有源层(3)的材料采用并五苯或酞菁铜；源电极(4)和漏电极(5)的材料采用Al或者Au。
3.根据权利要求1或2所述的圆环形闭合沟道有机薄膜晶体管，其特征在于：绝缘层(2)的厚度为150～300nm，有源层(3)的厚度为30～60nm。
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