CN102655214A - 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。本发明制造方法包括：在衬底上形成有机半导体层；在有机半导体层上形成由光敏材料制成的栅绝缘层；对所述栅绝缘层进行曝光；对曝光后的所述栅绝缘层进行显影，获得图案化的栅绝缘层；在形成有所述图案化的栅绝缘层的所述有机半导体层上形成金属膜，即形成覆盖所述栅绝缘层顶部表面的栅电极、隔着所述栅绝缘层彼此相对并分别紧靠所述栅绝缘层侧壁的源电极和漏电极。本发明简化了有机薄膜晶体管制造工艺，降低了有机薄膜晶体管的制造成本。
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
有机薄膜晶体管(Organic Thin-film Transistors，简称为：OTFT)是采用有机半导体作为有源层的一种具有逻辑开关特性的场效应器件。与传统硅材料的薄膜晶体管(Thin-film Transistors，简称为：TFT)相比，有机薄膜晶体管具有可低温加工、重量轻、可大面积集成以及兼容柔性基板的显著优点。
根据栅电极位置的不同，有机薄膜晶体管可分为底栅结构和顶栅结构，再根据源/漏电极和有源层的位置次序不同，有机薄膜晶体管还可分为底接触电极结构和顶接触电极结构。因而，有机薄膜晶体管的基本结构包含四种：底栅底接触电极结构、底栅顶接触电极结构、顶栅底接触电极结构及顶栅顶接触电极结构。
其中，图1示出了顶栅顶接触电极结构的有机薄膜晶体管，其制造方法通常包括：在塑料或玻璃衬底11上利用溶液法形成有机半导体层12；在该有机半导体层12上形成金属层并图案化该金属层，以形成源电极13及漏电极14；在形成有源电极13及漏电极14的有机半导体层12上利用溶液法形成有机绝缘层并进行图案化，形成图案化的有机绝缘层15，以暴露出源电极及漏电极的PAD(焊盘)区域；最后在有机绝缘层15上形成图案化的栅电极16。其中，对有机绝缘层进行图案化以形成图案化的有机绝缘层15的加工步骤包括：在有机绝缘层上旋涂光刻胶；用掩膜版对光刻胶曝光；然后利用显影剂使曝光后的光刻胶显影，以使光刻胶图案化；根据该图案化的光刻胶刻蚀该有机绝缘层，以形成图案化的有机绝缘层15；刻蚀完毕，去除光刻胶。
在制造顶栅顶接触电极结构的有机薄膜晶体管的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题。
上述顶栅顶接触电极结构的有机薄膜晶体管的制造方法，其工艺复杂，特别是图案化的有机绝缘层15形成过程加工步骤多，在形成栅电极16时还需要相对源电极13及漏电极14进行定位和对准，因此，增加了有机薄膜晶体管的制造成本。
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，可解决在顶栅顶接触电极结构的有机薄膜晶体管制造过程中，工艺复杂，加工步骤多，以至于有机薄膜晶体管的制造成本增加的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种有机薄膜晶体管，包括：有机半导体层、栅绝缘层、栅电极、源电极及漏电极，所述栅绝缘层形成在有机半导体层上；所述栅电极覆盖所述栅绝缘层的顶部表面；所述源电极及漏电极形成在所述有机半导体层上，隔着所述栅绝缘层彼此相对，并分别紧靠所述栅绝缘层的侧壁；所述侧壁与紧靠该侧壁的所述源电极或漏电极底部表面之间的夹角不大于90度；其中，所述栅绝缘层材料为光敏材料。
一种有机薄膜晶体管的制造方法，包括：在衬底上形成有机半导体层；在所述有机半导体层上形成栅绝缘层，所述栅绝缘层由光敏材料制成；使用掩膜版对所述栅绝缘层进行曝光；对曝光后的所述栅绝缘层进行显影，获得图案化的栅绝缘层；在形成有所述图案化的栅绝缘层的所述有机半导体层上形成金属膜，即形成覆盖所述栅绝缘层顶部表面的栅电极、隔着所述栅绝缘层彼此相对并分别紧靠所述栅绝缘层侧壁的源电极和漏电极；其中，所述侧壁与紧靠该侧壁的所述源电极或漏电极底部表面之间的夹角不大于90度。
本发明实施例提供的有机薄膜晶体管及其制造方法中，由于采用光敏材料作为栅绝缘层材料，只需曝光和显影步骤就能获得图案化的栅绝缘层，因此，克服了传统有机绝缘层图案化方法复杂的缺陷。另外，由于栅、源、漏电极的形成时，不需要额外的对准步骤，直接以栅绝缘层为基准形成所需的结构，因此，简化了制造工艺，且进一步降低了有机薄膜晶体管的制造成本。
本发明实施例还可以通过控制上述夹角的大小，控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。而现有技术是通过控制栅电极、源电极及漏电极的位置和大小来控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。相比于现有技术，本发明实施例可通过更简单的制造工艺控制栅电极与源/漏电极的交叠面积，从而达到控制栅源、栅漏寄生电容的目的。
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1为现有技术中顶栅顶接触电极结构的有机薄膜晶体管的剖面图；
图2A～2C为本发明实施例1的有机薄膜晶体管制造方法的流程剖面图；
图3为本发明实施例2的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：有机半导体层、栅绝缘层、栅电极、源电极及漏电极，所述栅绝缘层形成在有机半导体层上；所述栅电极覆盖所述栅绝缘层的顶部表面；所述源电极及漏电极形成在所述有机半导体层上，隔着所述栅绝缘层彼此相对，并分别紧靠所述栅绝缘层的侧壁；所述侧壁与紧靠该侧壁的所述源电极或漏电极底部表面之间的夹角不大于90度；其中，所述栅绝缘层材料为光敏材料。
本发明实施例又提供一种有机薄膜晶体管的制造方法，包括：在衬底上形成有机半导体层；在所述有机半导体层上形成栅绝缘层，所述栅绝缘层由光敏材料制成；使用掩膜版对所述栅绝缘层进行曝光；对曝光后的所述栅绝缘层进行显影，获得图案化的栅绝缘层；在形成有所述图案化的栅绝缘层的所述有机半导体层上形成金属膜，即形成覆盖所述栅绝缘层顶部表面的栅电极、隔着所述栅绝缘层彼此相对并分别紧靠所述栅绝缘层侧壁的源电极和漏电极；其中，所述侧壁与紧靠该侧壁的所述源电极或漏电极底部表面之间的夹角不大于90度。
本发明实施例提供的有机薄膜晶体管及其制造方法中，由于采用光敏材料作为栅绝缘层材料，只需曝光和显影步骤就能获得图案化的栅绝缘层，因此，克服了传统有机绝缘层图案化方法复杂的缺陷。另外，由于栅、源、漏电极的形成时，不需要额外的对准步骤，直接以栅绝缘层为基准形成所需的结构，因此，简化了制造工艺，且进一步降低了有机薄膜晶体管的制造成本。
本发明实施例还可以通过控制上述夹角的大小，控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。而现有技术是通过控制栅电极、源电极及漏电极的位置和大小来控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。相比于现有技术，本发明实施例可通过更简单的制造工艺控制栅电极与源/漏电极的交叠面积，从而达到控制栅源、栅漏寄生电容的目的。
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
本实施例提供一种有机薄膜晶体管，如图2C所示，该有机薄膜晶体管包括：衬底201、有机半导体层202、栅绝缘层203、栅电极204、源电极205及漏电极206。栅绝缘层203形成在有机半导体层202上；栅电极204覆盖栅绝缘层203的顶部表面；源电极205及漏电极206形成在有机半导体层202上，隔着栅绝缘层203彼此相对，并分别紧靠栅绝缘层203的侧壁207；该侧壁207与紧靠该侧壁的源电极205或漏电极206底部表面之间的夹角α不大于90度。其中，栅绝缘层203材料为光敏材料。
上述有机薄膜晶体管的制造方法，如图2A～2C所示，包括如下步骤。
步骤一、如图2A所示，在衬底201上形成有机半导体层202。
步骤二、在有机半导体层202上形成栅绝缘层，该栅绝缘层由光敏材料制成。
步骤三、使用掩膜版对栅绝缘层进行曝光。
步骤四、对曝光后的栅绝缘层进行显影，获得如图2B所示的图案化的栅绝缘层203。
步骤五、如图2C所示，在形成有图案化的栅绝缘层203的有机半导体层202上利用但不限于真空蒸发法形成金属膜，即形成覆盖栅绝缘层203顶部表面的栅电极204，及隔着栅绝缘层203彼此相对，并分别紧靠栅绝缘层203侧壁207的源电极205和漏电极206。其中，上述侧壁207与紧靠该侧壁的源电极205或漏电极206底部表面之间的夹角α不大于90度。
本实施例提供的有机薄膜晶体管中，由于采用光敏材料作为栅绝缘层材料，只需曝光和显影步骤就能获得图案化的栅绝缘层，因此，克服了传统有机绝缘层图案化方法复杂的缺陷。另外，由于栅、源、漏电极的形成时，不需要额外的对准步骤，直接以栅绝缘层为基准形成所需的结构，因此，简化了制造工艺，且进一步降低了有机薄膜晶体管的制造成本。
栅绝缘层所采用的光敏材料可为正性光刻胶、负性光刻胶、光敏聚酰亚胺、光敏聚氨酯、光敏聚酯、光敏聚醚、环氧树脂、光敏聚芳醚酮中的任意一种，或本领域技术人员所知的其它光敏材料中的任意一种。
有机半导体层的形成方法可以为热沉积，旋涂，打印等本领域技术人员所知方法中的任一种。
有机半导体层的材料可以为并五苯、并四苯、酞菁铜、酞菁氧钒、氟代酞菁铜、聚(3-己基噻吩)等本领域技术人员所知的有机半导体材料中的任一种。
源电极、漏电极以及栅电极的材料可以是Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、Mo(钼)、Al(铝)、Gr(铬)、Ta(钽)等本领域技术人员所知的电极材料中的任一种。
衬底的材料为本领域技术人员所知的玻璃或塑料等。
限制夹角不大于90度可保证栅电极分别与源电极、漏电极之间的交叠，本实施例提供的有机薄膜晶体管还可以通过控制上述夹角的大小，控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。而现有技术是通过控制栅电极、源电极及漏电极的位置和大小来控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。相比于现有技术，本实施例提供的有机薄膜晶体管可通过更简单的制造工艺控制栅电极与源/漏电极的交叠面积，从而达到控制栅源、栅漏寄生电容的目的。
实施例2
本实施例提供一种有机薄膜晶体管，如图3所示，该有机薄膜晶体管包括：衬底301、有机半导体层302、栅绝缘层303、栅电极304、源电极305及漏电极306。栅绝缘层303形成在有机半导体层302上；栅电极304覆盖栅绝缘层303的顶部表面；源电极305及漏电极306形成在有机半导体层302上，隔着栅绝缘层303彼此相对，并分别紧靠栅绝缘层303的侧壁307；该侧壁307与紧靠该侧壁的源电极305或漏电极306底部表面之间的夹角为90度(即侧壁307垂直于有机半导体层302的顶部表面)。其中，栅绝缘层303材料为光敏材料。
本实施例提供的有机薄膜晶体管与实施例1提供的有机薄膜晶体管不同之处在于，本实施提供的有机薄膜晶体管中，栅绝缘层303的侧壁307与紧靠该侧壁的源电极305或漏电极306底部表面之间的夹角为90度，即侧壁307垂直于有机半导体层302的顶部表面，这种结构属于栅极与源/漏极交叠的一种特殊情况，栅电极304与源电极305或漏电极306的交叠面积虽然为0，但在栅极上施加电压使得该有机薄膜晶体管沟道开启时，电荷可通过源/漏极边缘与沟道区边缘的小面积接触，经过沟道区运动至漏/源极，使得有机薄膜晶体管可正常工作。由于交叠面积的减小，可进一步降低有机薄膜晶体管的栅源、栅漏寄生电容。
本实施例提供的有机薄膜晶体管的制造方法与实施例1中采用的制造方法基本相同，在此不再赘述，要形成图3所示形状的栅绝缘层，只需要在实施例1的步骤四中调整相应的工艺参数。
栅绝缘层所采用的光敏材料可为正性光刻胶、负性光刻胶、光敏聚酰亚胺、光敏聚氨酯、光敏聚酯、光敏聚醚、环氧树脂、光敏聚芳醚酮中的任意一种，或本领域技术人员所知的其它光敏材料中的任意一种。
有机半导体层的形成方法可以为热沉积，旋涂，打印等本领域技术人员所知方法中的任一种。
有机半导体层的材料可以为并五苯、并四苯、酞菁铜、酞菁氧钒、氟代酞菁铜、聚(3-己基噻吩)等本领域技术人员所知的有机半导体材料中的任一种。
源电极、漏电极以及栅电极的材料可以是Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)、Mo(钼)、Al(铝)、Gr(铬)、Ta(钽)等本领域技术人员所知的电极材料中的任一种。
衬底的材料为本领域技术人员所知的玻璃或塑料等。
本实施例提供的有机薄膜晶体管中，由于采用光敏材料作为栅绝缘层材料，只需曝光和显影步骤就能获得图案化的栅绝缘层，因此，克服了传统有机绝缘层图案化方法复杂的缺陷。另外，由于栅、源、漏电极的形成时，不需要额外的对准步骤，直接以栅绝缘层为基准形成所需的结构，因此，简化了制造工艺，且进一步降低了有机薄膜晶体管的制造成本。
本实施例提供的有机薄膜晶体管还可以通过控制上述夹角的大小，控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。而现有技术是通过控制栅电极、源电极及漏电极的位置和大小来控制栅电极与源/漏电极的交叠面积。相比于现有技术，本实施例提供的有机薄膜晶体管可通过更简单的制造工艺控制栅电极与源/漏电极的交叠面积，从而达到控制栅源、栅漏寄生电容的目的。
本发明实施例主要用于平板显示、传感器、存储卡及射频识别标签等领域。
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 (6)
1.一种有机薄膜晶体管，包括：有机半导体层、栅绝缘层、栅电极、源电极及漏电极，其特征在于，所述栅绝缘层形成在有机半导体层上；所述栅电极覆盖所述栅绝缘层的顶部表面；所述源电极及漏电极形成在所述有机半导体层上，隔着所述栅绝缘层彼此相对，并分别紧靠所述栅绝缘层的侧壁；所述侧壁与紧靠其的所述源电极或漏电极底部表面之间的夹角不大于90度；其中，所述栅绝缘层材料为光敏材料。
2.根据权利要求1所述有机薄膜晶体管，其特征在于，所述侧壁垂直于所述机半导体层的顶部表面。
3.根据权利要求1或2所述有机薄膜晶体管，其特征在于，所述光敏材料包括：正性光刻胶、负性光刻胶、光敏聚酰亚胺、光敏聚氨酯、光敏聚酯、光敏聚醚、环氧树脂、光敏聚芳醚酮。
4.一种有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成有机半导体层；
在所述有机半导体层上形成栅绝缘层，所述栅绝缘层由光敏材料制成；
使用掩膜版对所述栅绝缘层进行曝光；
对曝光后的所述栅绝缘层进行显影，获得图案化的栅绝缘层；
在形成有所述图案化的栅绝缘层的所述有机半导体层上形成金属膜，即形成覆盖所述栅绝缘层顶部表面的栅电极、隔着所述栅绝缘层彼此相对并分别紧靠所述栅绝缘层侧壁的源电极和漏电极；
其中，所述侧壁与紧靠该侧壁的所述源电极或漏电极底部表面之间的夹角不大于90度。
5.根据权利要求4所述有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述侧壁垂直于所述有机半导体层的顶部表面。
6.根据权利要求4或5所述有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述光敏材料包括：正性光刻胶、负性光刻胶、光敏聚酰亚胺、光敏聚氨酯、光敏聚酯、光敏聚醚、环氧树脂、光敏聚芳醚酮。
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