CN102891255A - 一种柔性薄膜晶体管的绝缘层及其制备方法 - Google Patents

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冯林润
唐伟
陈苏杰
徐小丽
郭小军
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Abstract

本发明公开了一种柔性薄膜晶体管的绝缘层及其制备方法，所述柔性薄膜晶体管的绝缘层为在基板上形成的碳氢聚合物的薄膜，该绝缘层的制备方法采用氢气和乙炔气体作为原料，在室温和真空条件下的PECVD系统中于所述基板之上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，完成柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备。本发明所述绝缘层具有良好的绝缘性能以及较高的电击穿强度，在室温条件下的制备方法使其能够很好地与柔性基板兼容，可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺来加工，本发明能够用于柔性薄膜晶体管的制备，进一步促进了柔性电子的发展。

Description

一种柔性薄膜晶体管的绝缘层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电子器件，具体涉及一种柔性薄膜晶体管的绝缘层及其制备方法，属于柔性电子技术领域。
背景技术
基于氢化非晶硅半导体的薄膜晶体管已经在液晶显示等技术领域中取得了广泛的应用。近些年来，随着各种新型半导体材料的不断发展，有机薄膜晶体管和金属氧化物晶体管的性能已经赶上甚至超过传统非晶硅薄膜晶体管，而近期迅猛发展的新兴技术，如溶液法加工工艺使得薄膜晶体管能够低成本地与柔性衬底集成，更进一步拓展了薄膜晶体管的应用范围。随着人们对消费电子产品低成本和便携性不断增长的要求以及各行业日益丰富的功能性应用，灵活性更大的柔性薄膜晶体管势必会得到更多的重视和应用。
对于单个薄膜晶体管单元来说，除了基板和接触电极以外，半导体和绝缘层是薄膜晶体管单元最重要的两个组分。半导体材料在近些年来取得了很好的发展，可溶液法加工的有机半导体和金属氧化物半导体材料在迁移率上已经远远超过了传统非晶硅，然而相对来说具有同样重要性的绝缘层材料却没有得到足够的重视，并没有出现足够多的能够应用于实际生产柔性薄膜晶体管的绝缘层材料。传统绝缘层的材料如化学气相沉积的氮化硅等通常需要至少300摄氏度的高温而无法与一般柔性衬底兼容，而现阶段的溶液法加工的绝缘层在工艺控制和绝缘强度上与传统真空工艺加工的绝缘层还存在着不小的差距。
因此，能够利用现阶段已有的真空工艺形成低温沉积的绝缘层对于柔性薄膜晶体管的进一步发展有着十分重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种柔性薄膜晶体管的绝缘层，其为一种碳氢聚合物，能够在室温下进行原子沉积，可应用于柔性基板。本发明同时提供采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来制备该柔性薄膜晶体管绝缘层的方法。
为实现上述目的，本发明采用下列技术方案以解决其技术问题：
一种柔性薄膜晶体管的绝缘层，其为在基板上形成的碳氢聚合物的薄膜。
所述的碳氢聚合物是指类金刚石的非晶碳氢聚合物。
所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶体管底层的已经制备好栅极的柔性衬底或者已经制备好源电极、漏电极和半导体层的柔性衬底。
一种用于所述柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备方法，其采用氢气和乙炔气体作为原料，在室温和真空条件下的PECVD系统中于所述基板之上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，完成所述柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备。
所述的PECVD系统是指，等离子体增强化学气相沉积系统，其包括真空泵、射频系统以及气体控制系统。
所述的制备方法包括如下步骤：
1）在室温条件下，通过真空泵将已放置了所述基板的射频系统的腔体内抽真空；
2）通过气体控制系统向射频系统的腔体内通入一定配比的氢气和乙炔气体，该配比由所制备的柔性薄膜晶体管的绝缘层的特性决定；
3）氢气和乙炔气体在射频系统作用下局部形成氢等离子体和乙炔等离子体，并在基板上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，即为柔性薄膜晶体管的绝缘层。
本发明所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层及其制备方法，具有以下优点：
第一、室温制备，与柔性衬底兼容。与传统硅基绝缘层相比，本发明所述绝缘层是一种类金刚石的非晶碳氢聚合物，该碳氢聚合物由于所含元素碳和氢都有着很小的相对原子量(C:12,H:1)，在加工工艺中不需要加热就可以进行原子沉积，经过实验证实，其可以在室温下进行沉积，从而能够很好的应用于柔性基板。
第二、所述绝缘层具有很好的绝缘性能和电学强度。该绝缘层的碳氢聚合物有着很致密的晶格结构，能够提供良好的绝缘性能以及拥有较高的电击穿强度。
第三、可以利用现有工艺设备，节约成本。所述绝缘层的制备采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来加工，能够充分利用现有的工艺设备。
第四、使用无毒害原材料气体，更加安全。所述制备方法采用氢气和乙炔气体作为原材料，因而具有无毒无害的优点。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2是实施例中得到的本发明所述绝缘层的电学特性以及利用该绝缘层制备的溶液法底栅底接触有机薄膜晶体管的性能。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的实施方案。
本发明所述绝缘层是柔性薄膜晶体管的构成之一，请参阅图1，图示柔性薄膜晶体管的绝缘层13位于基板12之上，该基板12位于所述柔性薄膜晶体管的底层，其在底栅结构薄膜晶体管中是已经制备好栅极的柔性衬底，在顶栅结构薄膜晶体管中是已经制备好源电极、漏电极和半导体层的柔性衬底。
本发明所述柔性薄膜晶体管的绝缘层13为在基板12上用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成的碳氢聚合物的薄膜，该碳氢聚合物是指类金刚石的非晶碳氢聚合物。
用于所述柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备方法是，采用氢气和乙炔气体作为原料，在室温和真空条件下的PECVD系统11中，于所述基板12之上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，完成所述柔性薄膜晶体管的绝缘层13的制备。
请参阅图1，所述的PECVD系统11是指等离子体增强化学气相沉积系统，用于控制整个工艺过程，其包括如真空泵、射频（微波）系统、气体控制系统等一些功能性模块，可以根据工艺需要控制工艺参数来决定碳氢聚合物薄膜的生长。
本发明所述的制备方法在所述PECVD系统11之内进行，包括如下步骤：
1）在室温条件下，首先通过真空泵将已放置了所述基板12的射频系统的腔体内抽真空；
2）然后通过气体控制系统向射频系统的腔体内通入一定配比的氢气和乙炔气体，该配比由所制备的柔性薄膜晶体管的绝缘层13的特性决定；
3）进入PECVD系统的氢气和乙炔气体在射频系统的作用下，在局部形成氢等离子体14和乙炔等离子体15(见图1)，该氢等离子体14和乙炔等离子体15的化学性质活泼，很容易发生反应，其在基板12上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，即为柔性薄膜晶体管的绝缘层13。
由于碳和氢都有较低的相对原子量，不需要高温，碳氢聚合物在所述基板12上的整个沉积过程都可以在室温下进行，并且由所述PECVD系统11控制。
采用本发明所述制备方法，我们制备了100nm的这种碳氢聚合物绝缘层，并利用这种绝缘层成功制备了溶液法有机薄膜晶体管。下面将对实验结果进行概述。
图2为实验所制备的绝缘层13的电学性能以及基于这种绝缘层13制备的有机薄膜晶体管器件的特性。图2(a)示出了绝缘层13极高的击穿强度(2.6MV/cm)；图2(b)示出了绝缘层13很低的漏电流，在20V(2MV/cm)偏压下漏电流密度小于10-7A/cm2；图2(c)和图2(d)示出了利用这种绝缘层13制备的有机薄膜晶体管的很好的晶体管性能。
本实验性示例证明本发明所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层及其制备方法能够很好的应用于柔性电子领域。

Claims (7)

1.一种柔性薄膜晶体管的绝缘层，其特征在于，所述绝缘层为在基板上形成的碳氢聚合物的薄膜。
2.根据权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层，其特征在于，所述的碳氢聚合物是指类金刚石的非晶碳氢聚合物。
3.根据权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层，其特征在于，所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶体管底层的已经制备好栅极的柔性衬底。
4.根据权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层，其特征在于，所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶体管底层的已经制备好源电极、漏电极和半导体层的柔性衬底。
5.一种用于权利要求1所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备方法，其特征在于，采用氢气和乙炔气体作为原料，在室温和真空条件下的PECVD系统中于所述基板之上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，完成所述柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备。
6.根据权利要求5所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备方法，其特征在于，所述的PECVD系统是指，等离子体增强化学气相沉积系统，其包括真空泵、射频系统以及气体控制系统。
7.根据权利要求6所述的柔性薄膜晶体管的绝缘层的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
1）在室温条件下，通过真空泵将已放置了所述基板的射频系统的腔体内抽真空；
2）通过气体控制系统向射频系统的腔体内通入一定配比的氢气和乙炔气体，该配比由所制备的柔性薄膜晶体管的绝缘层的特性决定；
3）氢气和乙炔气体在射频系统作用下局部形成氢等离子体和乙炔等离子体，并在基板上沉积形成碳氢聚合物的薄膜，即为柔性薄膜晶体管的绝缘层。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1563243A (zh) * 2004-03-25 2005-01-12 复旦大学 一种高热导性和高气密性的薄膜封装材料及其制备方法
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