CN102544369A

CN102544369A - 一种复合结构的有机薄膜晶体管

Info

Publication number: CN102544369A
Application number: CN2011104478061A
Authority: CN
Inventors: 陈跃宁; 徐征; 赵谡玲; 尹飞飞
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-04

Abstract

一种复合结构的有机薄膜晶体管，涉及一种电子元器，适用于显示器、传感器和无线射频识别标签等技术领域。提高解决了有机薄膜晶体管的性能。该有机薄膜晶体管包括：基底(101)、底栅电极(102)、底栅绝缘层(103)、源电极(104)、漏电极(105)、有机半导体层(106)；在基底(101)上依次为底栅电极(102)、底栅绝缘层(103)、源电极(104)、漏电极(105)、有机半导体层(106)或基底(101)采用重掺杂N++硅片，兼作底栅电极(102)；在所述的有机半导体层(106)上制作顶栅绝缘层(107)、顶栅电极(108)。

Description

一种复合结构的有机薄膜晶体管

技术领域

本发明涉及一种电子元器，适用于显示器、传感器和无线射频识别标签等技术领域。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)与传统半导体MOS元件相类似。都是具有三个端子(栅极、源极和漏极)的元件，都由栅压控制源漏电流来实现电路功能的。薄膜晶体管主要用于平板显示器件中像素单元的开关元件。以往TFT的有源层是使用非晶或多晶硅制作的。使用硅的TFT，在制作中要应用CVD装置，价格非常昂贵，因而使其制造成本大幅度增加。另外，非晶或多晶硅成膜的工艺是在非常高的温度下进行，这使得可作为基底材料的种类受限，特别是不能使用轻质树脂作基底。鉴于上述问题，人们开始考虑用有机半导体材料来代替非晶或多晶硅作为有源层，而制备出有机薄膜晶体管(OTFT)。由于有机半导体材料通常可通过真空蒸镀、涂布等方法成膜，并且成膜温度较低，这就不但使制造OTFT的成本大大降低，而且可以将其制作在柔性基底上。然而，目前制备出的有机薄膜晶体管存在着迁移率低，栅控电压较高，栅控源漏电流较小等问题。为了解决这些问题，人们主要从三个方面入手：1.选用高载流子迁移率的有机物质作有源层，2.对电极和薄膜层进行修饰处理来降低载流子注入势垒及改善薄膜形貌，使其有利于载流子的传输。3.革新有机薄膜晶体管的结构，使其有利于栅压的控制。而从有机薄膜晶体管的结构上来看，目前仍然主要采用頂栅底接触、顶栅顶接触、底栅底接触和底栅顶接触四种结构。其中单结构底栅底接触有机薄膜晶体管包括：基底、栅电极、栅绝缘层、源电极、漏电极、有机半导体层；在基底上依次为栅电极、栅绝缘层、源、漏电极、有机半导体层。这种结构由于有机半导体材料迁移率低，源漏电极与有机半导体层接触电阻大，造成控制栅压高，栅控源漏电流小，因而性能差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是改善有机薄膜晶体管的性能。提出一种复合结构的有机薄膜晶体管

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种复合结构的有机薄膜晶体管，该晶体管包括：基底、底栅电极、底栅绝缘层、源电极、漏电极、有机半导体层；在基底上依次为底栅电极、底栅绝缘层、源电极、漏电极、有机半导体层，若基底采用重掺杂N⁺⁺硅片，兼作底栅电极；在所述的有机半导体层上制作顶栅绝缘层、顶栅电极。

所述的頂栅绝缘层是通过旋涂方法制成300nm厚薄膜，所用材料包括：poly-vinyl-pyrrolidone或poly-methly-methacrylate，其结构式如下：

所述的頂栅电极的材料为：AI、Au、Cu、Cr或氧化铟锡、氧化锌锡导电薄膜。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

本发明是在有机半导体层上制作顶栅绝缘层、顶栅电极等效于底栅底接触和頂栅底接触两个单一有机薄膜晶体管耦合的结构。在加栅压时，在底栅绝缘层和頂栅绝缘层附近将分别产生一个沟道而形成双沟道导电方式。进而降低了栅控电压，提高了栅控源漏电流以及开关比，进而提高了有机薄膜晶体管性能。

附图说明

图1是复合结构的有机薄膜晶体管结构示意图；

图2是重掺杂硅片作基底的复合结构的有机薄膜晶体管结构示意图；

图3是复合结构的有机薄膜晶体管加载偏压方式图，图中V_G和VD为栅极偏压和漏极偏压；

图4是复合结构的有机薄膜晶体管的转移特性曲线图。

具体实施方式

实施方式一

一种复合结构的有机薄膜晶体管，如图1，该晶体管包括：基底101、底栅电极102、底栅绝缘层103、源电极104、漏电极105、有机半导体层106；、在所述的有机半导体层106上制作顶栅绝缘层107、顶栅电极108。

所述的基底101的材料为玻璃。所述的底栅电极102的材料为ITO导电薄膜。所述的底栅绝缘层103的材料为SiO₂，厚度为300nm。所述的源电极104和的漏电极105的材料为AI，厚度为100nm。所述的有机半导体层106的材料为并五苯，厚度为250nm，结构式为：

所述的頂栅绝缘层107是通过旋涂方法制成300nm厚薄膜，材料为poly-vinyl-pyrrolidone，其结构式如下

所述的的頂栅电极108的材料为AI。

实施方式二

一种复合结构的有机薄膜晶体管，如图2，该晶体管包括：基底101、底栅电极102、底栅绝缘层103、源电极104、漏电极105、有机半导体层106；在所述的有机半导体层106上制作顶栅绝缘层107、顶栅电极108。

所述的基底101的材料为重掺杂N⁺⁺硅片，兼作底栅电极102。所述的底栅绝缘层103的材料为SiO₂，厚度为250nm。所述的源电极104和漏电极105的材料为Cu，厚度为90nm。所述的有机半导体层106的材料为并五苯，厚度为300nm。

所述的頂栅绝缘层107是通过旋涂方法制成280nm厚薄膜，材料为poly-methly-methacrylate，其结构式如下：

所述的的頂栅电极108的材料为AI。

实施方式二的复合结构的有机薄膜晶体管制造方法：

步骤一采用重掺杂N⁺⁺硅片作基底，兼作底栅电极；

步骤二将硅片放入高温氧化炉中，在其上氧化厚为300nm的二氧化硅底栅绝缘层；

步骤三经过表面清洗、干燥后通过掩模板，在DEL多功能高真空系统中，腔体真空度小于3E-3Pa的条件下，热蒸发制备100nm厚的源漏电极。

步骤四经过退火处理后，通过热蒸发蒸镀并五苯有机半导体薄膜作为有源层。

步骤五将PMMA溶于氯仿，制成溶液，通过旋涂、风干后形成PMMA薄膜作为頂栅绝缘层。

步骤六再通过步骤三的方法蒸镀成頂栅电极。

利用吉时利2410和6430参数分析仪，按附图3的方式连接，测得其转移特性曲线如附图4。与单结构底栅底接触有机薄膜晶体管相比较，栅控源漏电流有所提高。

Claims

1.一种复合结构的有机薄膜晶体管，该晶体管包括：基底(101)、底栅电极(102)、底栅绝缘层(103)、源电极(104)、漏电极(105)、有机半导体层(106)；在基底(101)上依次为底栅电极(102)、底栅绝缘层(103)、源电极(104)、漏电极(105)、有机半导体层(106)，若基底(101)采用重掺杂N⁺⁺硅片，兼作底栅电极(102)；其特征是：

在所述的有机半导体层(106)上制作顶栅绝缘层(107)、顶栅电极(108)。

2.根据权利要求1所述的复合结构的有机薄膜晶体管，其特征在于：

所述的頂栅绝缘层(107)是通过旋涂方法制成300nm厚薄膜，所用材料包括：poly-vinyl-pyrrolidone或poly-methly-methacrylate，其结构式如下：

3.根据权利要求1所述的复合结构的有机薄膜晶体管，其特征在于：

所述的頂栅电极(108)的材料为：AI、Au、Cu、C、氧化铟锡导电薄膜或氧化锌锡导电薄膜。