CN102651450A - 有机薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机薄膜晶体管及其制造方法，涉及有机半导体器件领域，解决了现有有机薄膜晶体管中存在较大回滞现象，从而影响有机薄膜晶体管稳定性的问题。本发明提供的有机薄膜晶体管中，由于在有机半导体层与采用含羟基聚合物的第一绝缘层之间形成了第二绝缘层，且该第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层上与有机半导体层的界面处产生陷阱，从而减小了有机薄膜晶体管的回滞现象，降低了有机薄膜晶体管的阈值电压，进而改善了有机薄膜晶体管的工作稳定性。本发明可用于全有机主动显示装置、大规模和超大规模集成电路、记忆组件、传感器、有机激光器、互补逻辑电路和超导装置中。
Description
技术领域
本发明涉及有机半导体器件领域，尤其涉及有机薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
目前，有机薄膜晶体管(Organic Thin-film Transistors，简称为：OTFT)的综合性能已经达到商用非晶硅的水平。为了实现OTFT的全有机化，以达到进一步简化制作工艺、降低制作成本的目的，采用有机材料作为绝缘层材料受到了广泛关注。
有机绝缘层相比于无机绝缘层(如：二氧化硅)具有以下优点：低表面粗糙度；低表面陷阱密度；低杂质浓度；与有机半导体有很好的相容性；与柔性基底有很好的相容性；能使用低成本的低温、溶液加工技术。因此，有机绝缘层取代无机绝缘层是OTFT发展的一种必然趋势。
采用有机绝缘层的OTFT结构如图5所示，该OTFT自下而上依次包括：基板500、栅电极510、有机绝缘层520、源电极531、漏电极532及有机半导体层540。
现有技术中使用较多的有机绝缘层材料为含有羟基的聚合物，例如：聚乙烯苯酚，其相比于不含羟基的聚合物具有更高的介电常数。但经测试发现，具有含羟基聚合物绝缘层的OTFT存在稳定性较差的问题，以图5为例，主要是由于有机绝缘层520中的羟基是载流子的捕捉体，会使得有机绝缘层520上与半导体层540的界面处550产生陷阱，由此引起了较大的回滞现象，而回滞现象导致了OTFT的阈值电压漂移，从而影响了OTFT的稳定性。
发明内容
本发明的实施例提供一种有机薄膜晶体管及其制造方法，可减小OTFT的回滞现象，从而改善了OTFT的工作稳定性。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种机薄膜晶体管，包括：栅电极、有机半导体层及形成在所述栅电极与所述有机半导体层之间的采用含羟基聚合物的第一绝缘层，其中，在所述第一绝缘层与所述有机半导体层之间还形成有第二绝缘层，所述第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成。
一种有机薄膜晶体管的制造方法，包括：在制造有机薄膜晶体管的过程中，在有机半导体层与采用含羟基聚合物的第一绝缘层之间形成第二绝缘层，所述第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成。
本发明实施例提供的有机薄膜晶体管及其制造方法中，由于在有机半导体层与采用含羟基聚合物的第一绝缘层之间形成了第二绝缘层，且该第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层上与有机半导体层的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A～1E为本发明实施例1一种有机薄膜晶体管的制造方法的流程剖面图；
图2为本发明实施例1另一种有机薄膜晶体管的剖面图；
图3A～3E为本发明实施例2一种有机薄膜晶体管的制造方法的流程剖面图；
图4为本发明实施例2另一种有机薄膜晶体管的剖面图；
图5为现有技术中有机薄膜晶体管的剖面图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种有机薄膜晶体管，包括：栅电极、有机半导体层及形成在所述栅电极与所述有机半导体层之间的采用含羟基聚合物的第一绝缘层，其中，在所述第一绝缘层与所述有机半导体层之间还形成有第二绝缘层，所述第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成。
本发明实施例还提供一种有机薄膜晶体管的制造方法，包括：在制造有机薄膜晶体管的过程中，在有机半导体层与采用含羟基聚合物的第一绝缘层之间形成第二绝缘层，所述第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成。
由于在有机半导体层与采用含羟基聚合物的第一绝缘层之间形成了第二绝缘层，且该第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成，因此，本发明实施例提供的有机薄膜晶体管及其制造方法能防止第二绝缘层上与有机半导体层的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种OTFT，如图1E所示，该OTFT包括：栅电极110、有机半导体层150及形成在所述栅电极110与所述有机半导体层150之间的采用含羟基聚合物的第一绝缘层120，其中，在所述第一绝缘层120与所述有机半导体层150之间还形成有第二绝缘层130，所述第二绝缘层130由不含羟基的聚合物制成。
图1E所示的OTFT中，栅电极110形成在基板100之上，第一绝缘层120形成在设有栅电极110的基板100之上，第二绝缘层130形成在第一绝缘层120之上。该OTFT还包括源电极141及漏电极142，形成在第二绝缘层130之上，有机半导体层150形成在设有源电极141与漏电极142的第二绝缘层130之上，且有机半导体层150的沟道部分与第二绝缘层130接触。
本实施例提供的OTFT中，由于在有机半导体层150与采用含羟基聚合物的第一绝缘层120之间形成了第二绝缘层130，且该第二绝缘层130由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层130上与有机半导体层150的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
本实施例还提供一种用于制造本实施例上述OTFT的方法，下面结合图1A～图1E对该方法进行详细说明。
1、如图1A所示，在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板100上利用射频磁控溅射的方法镀上一层钼(Mo)并光刻，形成图案化栅电极110。
2、如图1B所示，在包含图案化栅电极110的基板100上，利用溶液法(例如：旋涂的方法)制备聚乙烯苯酚(含羟基的聚合物)薄膜，烘干后形成第一绝缘层120。
3、如图1C所示，利用溶液法(例如：旋涂的方法)在第一绝缘层120上涂上聚偏氟乙烯(不含羟基的聚合物)薄膜，烘干后形成第二绝缘层130。
4、如图1D所示，接着利用真空蒸发的方法在第二绝缘层130上形成一层金(Au)膜，并光刻，形成图案化的源电极141及漏电极142。
5、如图1E所示，最后利用真空蒸发的方法在形成有源电极141及漏电极142的第二绝缘层130上制备酞菁氧钒半导体薄膜，以形成有机半导体层150。
需要说明的是：形成栅电极、源电极与漏电极的方法不限于本实施例描述的射频磁控溅射方法，还可以为电子束蒸发、热沉积、喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、纳米压印、微接触印刷等本领域技术人员所知的任何一种电极形成方法。
栅电极、源电极与漏电极的材料不限于本实施例描述的材料，可以为Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、Al(铝)、Gr(铬)、Mo(钼)、Ni(镍)、ITO(铟锡氧化物)、Au浆、Ag浆、Cu浆、聚苯胺以及PEDOT/PSS(聚(3，4-乙撑二氧噻吩)/聚苯磺酸)等本领域技术人员所知的任何一种材料或两种材料的混合。
第一栅绝缘层的材料不限于本实施例描述的聚乙烯苯酚，还可以为聚酚醛树脂、聚乙烯醇、环氧树脂、聚甲基丙烯酸羟乙酯以及含有该单体的共聚物、聚丙烯酸以及含有该单体的共聚物、聚N-苯酚基顺丁烯二酰亚胺以及含有该单体的共聚物等本领域技术人员所知的任何一种有机绝缘层材料。
第二栅绝缘层材料不限于本实施例描述的聚偏氟乙烯，还可以为聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚α-甲基苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、含有苯并环丁烯单元的聚合物、含有苯并环丁酮单元的聚合物等本领域技术人员所知的任何一种有机绝缘层材料。
有机半导体层的材料不限于本实施例描述的酞菁氧钒，还可以为并五苯、并四苯、酞菁铜、氟代酞菁铜、聚(3-己基噻吩)等本领域技术人员所知的任何一种有机半导体材料。
有机半导体层的形成方法不限于本实施例描述的真空蒸发方法，还可以为热沉积、打印等本领域技术人员所知的有机半导体材料的形成方法。
基板的材料不限于本实施例描述的PET，还可以为玻璃等本领域技术人员所知的任何一种基板材料。
形成所述第一绝缘层及第二绝缘层的方法不限于本实施例描述的溶液法，也可以为本领域技术人员所知的其它绝缘层制备方法。
本实施例提供的OTFT的制造方法中，由于在有机半导体层150与采用含羟基聚合物的第一绝缘层120之间形成了第二绝缘层130，且该第二绝缘层130由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层130上与有机半导体层150的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
本实施例又提供一种OTFT，如图2所示，该OTFT自下至上依次包括：基板200；栅电极210；采用含羟基聚合物的第一绝缘层220；由不含羟基的聚合物制成的第二绝缘层230；有机半导体层240；源电极251及漏电极252。
图2中的OTFT与图1E中的OTFT不同之处在于：图2中OTFT的源电极251和漏电极252形成在有机半导体层240之上，而图1E中OTFT的源电极141和漏电极142形成在第二绝缘层130与有机半导体层150之间。
制造图2所示的OTFT的方法与本实施例中上述OTFT的制造方法基本相同，只是将形成源电极及漏电极的步骤与形成有机半导体层的步骤的执行顺序进行调换，以在第二绝缘层230上先形成有机半导体层240，再在有机半导体层240上形成源电极251及漏电极252。
图2所示的OTFT，由于在有机半导体层240与采用含羟基聚合物的第一绝缘层220之间形成了第二绝缘层230，且该第二绝缘层230由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层230上与有机半导体层240的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
实施例2
本实施例提供一种OTFT，如图3E所示，该OTFT包括：栅电极350、有机半导体层320及形成在所述栅电极350与所述有机半导体层320之间的采用含羟基聚合物的第一绝缘层340，其中，在所述第一绝缘层340与所述有机半导体层320之间还形成有第二绝缘层330，所述第二绝缘层330由不含羟基的聚合物制成。
图3E所示的OTFT还包括源电极311及漏电极312，由此，在基板300上依次形成源电极311与漏电极312、有机半导体层320、第二绝缘层330、第一绝缘层340和栅电极350。
本实施例提供的OTFT中，由于在有机半导体层320与采用含羟基聚合物的第一绝缘层340之间形成了第二绝缘层330，且该第二绝缘层330由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层330上与有机半导体层320的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
本实施例还提供一种用于制造本实施例上述OTFT的方法，下面结合图3A～图3E对该方法进行详细说明。
1、如图3A所示，在PET基板300上利用真空蒸发的方法形成一层Au膜，并光刻，形成图案化的源电极311及漏电极312。
2、如图3B所示，在包含图案化源电极311及漏电极312的基板300上制备酞菁氧钒半导体薄膜，以形成有机半导体层320。
3、如图3C所示，利用溶液法(例如：旋涂的方法)在有机半导体层320上涂上聚偏氟乙烯(不含羟基的聚合物)薄膜，烘干后形成第二绝缘层330。
4、如图3D所示，接着利用溶液法(例如：旋涂的方法)在第二绝缘层330制备聚乙烯苯酚(含羟基的聚合物)薄膜，烘干后形成第一绝缘层340。
5、如图3E所示，最后利用射频磁控溅射的方法在第一绝缘层340上镀上一层Mo并光刻，形成图案化栅电极350。
需要说明的是：形成栅电极、源电极与漏电极的方法不限于本实施例描述的射频磁控溅射方法，还可以为电子束蒸发、热沉积、喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、纳米压印、微接触印刷等本领域技术人员所知的任何一种电极形成方法。
栅电极、源电极与漏电极的材料不限于本实施例描述的材料，可以为Au、Ag、Cu、Al、Gr、Mo、Ni、ITO、Au浆、Ag浆、Cu浆、聚苯胺以及PEDOT/PSS等本领域技术人员所知的任何一种材料或两种材料混合而成的材料。
第一栅绝缘层的材料不限于本实施例描述的聚乙烯苯酚，还可以为聚酚醛树脂、聚乙烯醇、环氧树脂、聚甲基丙烯酸羟乙酯以及含有该单体的共聚物、聚丙烯酸以及含有该单体的共聚物、聚N-苯酚基顺丁烯二酰亚胺以及含有该单体的共聚物等本领域技术人员所知的任何一种有机绝缘层材料。
第二栅绝缘层材料不限于本实施例描述的聚偏氟乙烯，还可以为聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚α-甲基苯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸甲酯、含有苯并环丁烯单元的聚合物、含有苯并环丁酮单元的聚合物等本领域技术人员所知的任何一种有机绝缘层材料。
有机半导体层的材料不限于本实施例描述的酞菁氧钒，还可以为并五苯、并四苯、酞菁铜、氟代酞菁铜、聚(3-己基噻吩)等本领域技术人员所知的任何一种有机半导体材料。
有机半导体层的形成方法可以为真空蒸发、热沉积、打印等本领域技术人员所知的任何一种有机半导体材料的形成方法。
基板的材料不限于本实施例描述的PET，还可以为玻璃等本领域技术人员所知的其它基板材料。
形成所述第一绝缘层及第二绝缘层的方法不限于本实施例描述的溶液法，还可为本领域技术人员所知的其它绝缘层制备方法。
本实施例提供的OTFT的制造方法中，由于在有机半导体层320与采用含羟基聚合物的第一绝缘层340之间形成了第二绝缘层330，且该第二绝缘层330由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层330上与有机半导体层320的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
本实施例又提供一种OTFT，如图4所示，该OTFT自下至上依次包括：基板400；有机半导体层410；源电极421及漏电极422；由不含羟基的聚合物制成的第二绝缘层430；采用含羟基聚合物的第一绝缘层440；栅电极450。
图4中的OTFT与图3E中的OTFT不同之处在于：图4中OTFT的源电极421和漏电极422形成在有机半导体层410之上，而图3E中OTFT的源电极311和漏电极312形成在基板300与有机半导体层320之间。
制造图4所示的OTFT的方法与本实施例中上述OTFT的制造方法基本相同，只是将形成源电极及漏电极的步骤与形成有机半导体层的步骤的执行顺序进行调换，以在基板400上先形成有机半导体层410，再形成源电极421及漏电极422。
图4所示的OTFT，由于在有机半导体层410与采用含羟基聚合物的第一绝缘层440之间形成了第二绝缘层430，且该第二绝缘层430由不含羟基的聚合物制成，因此能防止第二绝缘层430上与有机半导体层410的界面处产生陷阱，从而减小了OTFT的回滞现象，降低了OTFT的阈值电压，进而改善了OTFT的工作稳定性。
本发明实施例可用于全有机主动显示装置、大规模和超大规模集成电路、记忆组件、传感器、有机激光器、互补逻辑电路和超导装置中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种有机薄膜晶体管，包括：栅电极、有机半导体层及形成在所述栅电极与所述有机半导体层之间的采用含羟基聚合物的第一绝缘层，其特征在于，在所述第一绝缘层与所述有机半导体层之间还形成有第二绝缘层，所述第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成。
2.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述栅电极形成在基板之上，所述第一绝缘层形成在设有所述栅电极的所述基板之上，所述第二绝缘层形成在所述第一绝缘层之上，还包括源电极与漏电极，
所述源电极与漏电极形成在所述第二绝缘层之上，所述有机半导体层形成在设有所述源电极与漏电极的所述第二绝缘层之上，且所述有机半导体层的沟道部分与所述第二绝缘层接触；或者，
所述有机半导体层形成在所述第二绝缘层之上，所述源电极与漏电极形成在所述有机半导体层上方。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，还包括源电极与漏电极；
基板上依次形成有所述源电极与漏电极、有机半导体层、第二绝缘层、第一绝缘层和栅电极；或者
基板上依次形成有所述有机半导体层、源电极与漏电极、第二绝缘层、第一绝缘层和栅电极。
4.根据权利要求1～3任一项所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层的材料包括聚乙烯苯酚。
5.根据权利要求1～3任一项所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层的材料包括聚偏氟乙烯。
6.根据权利要求1～3任一项所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机半导体层的材料包括酞菁氧钒。
7.一种有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括：
(1)在制造有机薄膜晶体管的过程中，在有机半导体层与采用含羟基聚合物的第一绝缘层之间形成第二绝缘层，所述第二绝缘层由不含羟基的聚合物制成。
8.根据权利要求7所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述(1)包括：
在基板上形成图案化栅电极；
在包含所述图案化栅电极的所述基板上形成所述第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上形成所述第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成所述有机半导体层。
9.根据权利要求8所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，在形成所述第二绝缘层之后及形成所述有机半导体层之前，还包括：在所述第二绝缘层上形成图案化的源电极及漏电极；
所述在所述第二绝缘层上形成有机半导体层包括：在形成有所述源电极及漏电极的所述第二绝缘层上形成有机半导体层。
10.根据权利要求8所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，还包括：在所述有机半导体层上形成图案化的源电极及漏电极。
11.根据权利要求7所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述(1)包括：
在基板上形成所述有机半导体层；
在所述有机半导体层上形成所述第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成所述第一绝缘层；
在所述第一绝缘层上形成图案化栅电极。
12.根据权利要求11所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，在形成所述有机半导体层之前，还包括：在所述基板上形成图案化的源电极及漏电极；
所述在基板上形成所述有机半导体层包括：在包含所述图案化的源电极及漏电极的基板上形成所述有机半导体层。
13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在形成所述有机半导体层之后及形成所述第二绝缘层之前，还包括：在所述有机半导体层上形成图案化的源电极及漏电极；
所述在所述有机半导体层上形成所述第二绝缘层包括：在包含所述图案化的源电极及漏电极的有机半导体层上形成所述第二绝缘层。
14.根据权利要求7～13任一项所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，形成所述第一绝缘层及第二绝缘层的方法包括溶液法。
15.根据权利要求7～13任一项所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，形成所述图案化栅电极的方法包括：
对利用射频磁控溅射方法形成的钼层进行光刻，以形成所述图案化栅电极。
16.根据权利要求7～13任一项所述的有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，形成所述有机半导体层的方法包括真空蒸发法。
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|---|---|---|---|---|
| CN107611262A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-01-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种柔性介电薄膜及由其制备的有机场效应晶体管 |
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| US6803262B2 (en) * | 2002-10-17 | 2004-10-12 | Xerox Corporation | Process using self-organizable polymer |
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| CN101553929A (zh) * | 2005-04-15 | 2009-10-07 | E.I.内穆尔杜邦公司 | 芳基-乙烯取代的芳族化合物及其作为有机半导体的应用 |
-
2011
- 2011-03-29 CN CN2011100768351A patent/CN102651450A/zh active Pending
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