CN102903850B

CN102903850B - 一种有机场效应晶体管的制作方法

Info

Publication number: CN102903850B
Application number: CN201210406370.6A
Authority: CN
Inventors: 胡文平; 纪德洋; 江浪; 董焕丽
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102903850A

Abstract

本发明公开了一种有机场效应晶体管的制作方法。该方法包括如下步骤：（1）清洗表面设有栅电极的基底；（2）在所述栅电极上沉积聚合物绝缘层；所述聚合物绝缘层为聚苯乙烯绝缘层或聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层；（3）在所述聚合物绝缘层上悬涂光刻胶，然后置于光刻掩膜板下进行曝光和显影，得到图案化的源漏电极；然后再置于紫外光下进行再次曝光；再继续蒸镀金膜，然后再显影液处理后得到源漏电极；（4）在得到的源漏电极上蒸镀有机半导体层即得到有机场效应晶体管。本发明具有以下有益效果：1、本方法可以在处理温度低（50℃）的绝缘层上进行光刻。2、采用二次曝光的方法，巧妙的避开了丙酮对于绝缘层的影响。

Description

一种有机场效应晶体管的制作方法

技术领域

本发明涉及一种有机场效应晶体管的制作方法。

背景技术

近几年，有机电子学取得突破性的进展。有机场效应晶体管和电路作为重要的一个分支也引起广泛的关注，其在有机电子器件，比如：柔性电子显示器，传感器，有机电子标签和电子纸等，取得很好的成果。光刻技术是一种很重要加工晶体管和电路的技术，它与打印和蒸镀技术相比，因其纳米级别的分辨率和高的集成度的特性使其越来越得到人们的关注。然而，大多数的有机材料不能承受光刻过程中溶液的处理，所以寻找合适的绝缘层是现在的当务之急。目前为止，无机绝缘层材料（二氧化硅和氮化硅）已经得到了很好的应用，但是因为其处理温度太高所以阻碍其在柔性电子器件的发展。而有机绝缘材料也不能承受光刻过程的溶剂处理或者后期的丙酮处理，现在报道的材料中只有经过特殊处理（需要添加一种交联剂）的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）能够应用到光刻过程中，但是其处理温度（200°C）已经达到柔性材料（聚萘二甲酸乙二醇酯，PEN）的温度极限,而且超出其玻璃化转变温度（120°C）。为了解决这些光刻过程中遇到的问题，一方面是找到一种新的低温绝缘材料；另一方面就是寻找一种新的光刻方法使原先不能应用到光刻过程的低温绝缘材料能够得到很好的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机场效应晶体管的制作方法，该方法具体应用一种新的光刻的方法：在热处理温度比较低的绝缘层（聚苯乙烯，PS；聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA）上进行光刻得到图案，并可延伸到其他所有聚合物绝缘层材料（比如聚酰亚胺，聚乙烯吡咯烷酮等）。

本发明所提供的一种有机场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤：

（1）清洗表面设有栅电极的基底；

（2）在所述栅电极上沉积聚合物绝缘层；所述聚合物绝缘层为聚苯乙烯绝缘层或聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层；

（3）在所述聚合物绝缘层上悬涂光刻胶，然后置于光刻掩膜板下进行曝光和显影，得到图案化的源漏电极；然后再置于紫外光下进行再次曝光；再继续蒸镀金膜，然后再显影液处理后得到源漏电极；

（4）在得到的源漏电极上蒸镀有机半导体层即得到有机场效应晶体管。

上述的制作方法中，步骤（2）中所述聚合物绝缘层的厚度可为800nm～1μm，如800nm或1μm。

上述的制作方法中，步骤（3）中所悬涂得到的光刻胶的厚度可为1～5μm，如2μm。

上述的制作方法中，步骤（3）中可采用真空蒸镀的方式蒸镀所述金膜。

上述的制作方法中，所述真空蒸镀的真空度可为6×10^-4Pa～4×10^-4Pa，如4×10^-4Pa，蒸镀速度可为如

上述的制作方法中，步骤（3）中所述显影液可为四甲基氢氧化铵（TMAN，2.38%）。

上述的制作方法中，所述有机半导体层可由并五苯制成。

上述的制作方法中，所述有机半导体层的厚度可为40nm～60nm，如50nm或60nm。

其中所述有机场效应晶体管中的基底可采用玻璃、陶瓷、聚合物、硅片等材质；所述栅电极可由具有低电阻的材料构成，包括金、银、铝、铜等各种金属及合金材料以及金属氧化物（如氧化铟锡）导电材料，沉积方法可以是真空热蒸镀、磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积等各种沉积方法。

本发明具有以下有益效果：

1、本方法可以在处理温度低（50℃）的绝缘层上进行光刻。

2、采用二次曝光的方法，巧妙的避开了丙酮对于绝缘层的影响。

附图说明

图1为实施例1和实施例2中得到图案化的源漏电极的照片。

图2为实施例1和实施例2制作的有机场效应晶体管的实物图。

图3为实施例1制作的场效应晶体管的输出曲线和转移曲线图。

图4为实施例2制作的场效应晶体管的输出曲线和转移曲线图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、

本实施例以带有表面氧化铟锡的玻璃作衬底，半导体基于并五苯，聚苯乙烯为栅绝缘层制作有机场效应晶体管，具体步骤如下：

（1）带有栅电极基底的清洗

将带有表面氧化铟锡的玻璃的衬底，依次用去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗后氮气吹干。

（2）高分子绝缘层的制备和处理

在步骤（1）清洗干净的衬底上用2000转/分的转速悬涂质量浓度为80mg/ml（PS，溶剂为甲苯），然后在大气中经过80℃的热处理后得到连续均匀的绝缘层，厚度为1μm。

（3）源漏电极的制备

先在步骤（2）中得到的聚合物绝缘层上用3000转/分的转速悬涂一层2微米厚度的光刻胶，然后在光刻掩膜板下进行曝光10s，显影，得到图案化的源漏电极；之后在紫外下进行再次曝光10s。在此基础上，置于真空镀膜机内，在真空度为4×10^-4Pa的条件下以的速度蒸镀蒸镀上需要的金膜，之后再用显影液四甲基氢氧化铵（TMAN,2.38%）进行处理，最后得到图案化的源漏电极，如图1所示。

（4）并五苯的沉积

将步骤（4）得到的衬底置于真空镀膜机内，在真空度为4×10^-4Pa的条件下以的速度蒸镀并五苯，厚度为50纳米，即得到有机场效应晶体管，其实物图如图2所示。

（5）器件性能的测试

用keithley 4200型半导体测试仪在室温和空气条件下对其进行场效应晶体管进行测试。

本实施例制作的场效应晶体管的输出曲线和转移曲线图如图3所示，由该图可得知，该场效应晶体管在100V电压下迁移率为0.1～0.3cm²V^-1s^-1，开关比>100000。

实施例2、

本实施例以带有表面氧化铟锡的玻璃作衬底，半导体基于并五苯，聚甲基丙烯酸甲酯为栅绝缘层制作有机场效应晶体管，具体步骤如下：

（1）带有栅电极基底的清洗

（2）高分子绝缘层的制备和处理

在步骤（1）清洗干净的基片上用2000转/分的转速悬涂质量浓度90mg/ml（PMMA，溶剂为甲苯），然后在大气中经过80℃的热处理后得到连续均匀的绝缘层，厚度为800nm。

（3）源漏电极的制备

先在步骤（2）中得到的聚合物绝缘层上用3000转/分的转速悬涂一层2微米的光刻胶，然后在光刻掩膜板下进行曝光10s，显影，得到图案化的源漏电极；之后在紫外下进行再次的曝光10s。在此基础上，置于真空镀膜机内，在真空度为4×10^-4Pa的条件下以的速度蒸镀蒸镀上需要的金膜，之后再用显影液四甲基氢氧化铵（TMAN,2.38%）进行处理，最后得到图案化的源漏电极，如图1所示。

（4）并五苯的沉积

将步骤（3）得到的衬底置于真空镀膜机内，在真空度为4×10^-4Pa的条件下以的速度蒸镀并五苯，厚度为60纳米，即得到有机场效应晶体管，其实物图如图2所示。

（5）器件性能的测试

本实施例制作的场效应晶体管的输出曲线和转移曲线图如图4所示，由该图可得知，该场效应晶体管在100V电压下迁移率为0.05cm²V^-1s^-1，开关比>10000。

Claims

1.一种有机场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤：

(1)清洗表面设有栅电极的基底；

(2)在所述栅电极上沉积聚合物绝缘层；所述聚合物绝缘层为聚苯乙烯绝缘层或聚甲基丙烯酸甲酯绝缘层；

(3)在所述聚合物绝缘层上悬涂光刻胶，然后置于光刻掩膜板下进行曝光和显影，得到图案化的源漏电极；然后再置于紫外光下进行再次曝光；再继续蒸镀金膜，然后再显影液处理后得到源漏电极；

(4)在得到的源漏电极上蒸镀有机半导体层即得到有机场效应晶体管；

步骤(2)中所述聚合物绝缘层的厚度为800nm～1μm；

步骤(3)中所悬涂得到的光刻胶的厚度为1μm～5μm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中采用真空蒸镀的方式蒸镀所述金膜。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述真空蒸镀的真空度为6×10^-4Pa～4×10^-4Pa，蒸镀速度为

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述显影液为四甲基氢氧化铵。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述有机半导体层由并五苯制成。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述有机半导体层的厚度为40nm～60nm。