CN104485420B - 一种有机薄膜晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机薄膜晶体管及其制备方法，涉及有机半导体器件领域，通过该制备方法，可以降低有机薄膜晶体管的关态电流，进而提高其开关比。一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括：在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极，还包括：至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。用于有机薄膜晶体管、包含该有机薄膜晶体管的显示面板或者显示装置的制备。
Description
技术领域
本发明涉及有机半导体器件领域，尤其涉及一种有机薄膜晶体管及其制备方法。
背景技术
OTFT(Organic Thin film Transistor，有机薄膜晶体管)相较于传统的非晶硅TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)或者氧化物TFT具有成本低、可用于柔性显示等特点，在显示技术领域具有较好的应用前景。OTFT一般作为开关管应用于OTFT-LCD(Organic Thin film Transistor-Liquid Crystal Display，有机薄膜晶体管液晶显示器)中。影响OTFT性能的参数很多，其中开态电流和关态电流是两个重要的参数。通常将开态电流与关态电流的比值称为开关比，开关比越高，则OTFT的开关性能越好。
OTFT的基本结构可以参考图1所示，OTFT包括栅极10、栅绝缘层11、有机半导体层12、源极13和漏极14。在OTFT-LCD的实际生产中，参考图2所示，OTFT-LCD的显示面板包括多条栅线15和数据线16，栅线15和数据线16交叉形成多个显示单元，每个显示单元设置有一个OTFT17和像素电极18，其中OTFT17的栅极(图中未示出)与栅线15电连接，源极(图中未示出)与数据线16电连接，漏极(图中未示出)与像素电极18电连接。OTFT-LCD的显示原理为：在一个扫描周期内，栅线15逐行向OTFT17的栅极提供电压，同时数据线16向OTFT17的源极提供电压，这样像素电极18写入图像信号，从而实现一帧画面的显示。为了使得像素电极18的电压能保持到下一次更新画面，即使得当前帧图像保持到下一帧更新图像，一般可以利用像素电极18与栅线15形成像素电容(图中未示出)，像素电容可以向像素电极18提供电压，从而保证连续两帧图像的显示不间断。
具体的，利用OTFT的导通状态实现对像素电容快速充电，利用OTFT的关闭状态保持像素电容的电压。当关态电流较大时，像素电容储存的电荷很快衰减，则像素电容难以向像素电极提供充足的电压，此时，必须对像素电容再次充电或者多次充电才能满足画面的连续正常显示；这样，显示面板显示一帧画面的时间就会延长，而显示面板的刷新率与该时间成反比关系，则显示面板的刷新率就会相应降低。因此，实现显示装置的高刷新率要求OTFT具有较低的关态电流。
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备方法，通过该制备方法，可以降低有机薄膜晶体管的关态电流，进而提高其开关比。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，所述制备方法包括：在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极，还包括：至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。
另一方面，提供了一种有机薄膜晶体管，所述有机薄膜晶体管由本发明实施例提供的任一项所述的制备方法形成。
本发明的实施例提供了一种有机薄膜晶体管及其制备方法，该制备方法通过对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，使得因水、氧吸附在该部分形成的表面电荷被等离子中和，从而有机薄膜晶体管的关态电流降低；同时，等离子通过化学作用或者物理作用吸附在有机半导体层用于形成沟道的部分的表面，阻止水、氧再次对该部分侵蚀，使得有机薄膜晶体管的关态电流始终维持在较小值。通过该制备方法，可以降低有机薄膜晶体管的关态电流，进而提高其开关比。
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为现有技术中提供的一种有机薄膜晶体管的结构示意图；
图2为现有技术中提供的一种OTFT-LCD的显示面板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种有机薄膜晶体管制备方法的流程示意图；
图4为形成栅极以及覆盖栅极的栅绝缘层的示意图；
图5为在栅绝缘层上形成有机半导体层的示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种有机薄膜晶体管制备方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种有机薄膜晶体管制备方法的流程示意图；
图8为在栅绝缘层上形成源极和漏极的示意图；
图9为在源极和漏极上形成有机半导体层的示意图；
图10为本发明实施例提供的一种有机薄膜晶体管的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的又一种有机薄膜晶体管的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的另一种有机薄膜晶体管制备方法的流程示意图；
图13为本发明实施例提供的另一种有机薄膜晶体管制备方法的流程示意图；
图14为本发明实施例提供的另一种有机薄膜晶体管制备方法的流程示意图；
图15为经过氧等离子表面处理和未经过氧等离子表面处理的有机薄膜晶体管的特性转移曲线对比图。
附图标记：
10-栅极；11-栅绝缘层；12-有机半导体层；13-源极；14-漏极；15-栅线；16-数据线；17-OTFT；18-像素电极。
具体实施方式
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做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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，制备方法包括：在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极，还包括：至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。
上述制备方法中，至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，即可以是至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，也可以是对有机半导体层进行等离子表面处理，具体可以根据实际情况确定，这里不作具体限定。
上述制备方法形成的有机薄膜晶体管，可以根据电极的位置关系分为两类：一类是栅极位于源极和漏极的下面，这类称之为底栅型有机薄膜晶体管；一类是栅极位于源极和漏极的上面，这类称之为顶栅型有机薄膜晶体管。上述制备方法形成的有机薄膜晶体管可以是底栅型有机薄膜晶体管，也可以是顶栅型有机薄膜晶体管，本发明实施例对此不做限定。
另外，上述制备方法形成的有机薄膜晶体管，还可以根据有机半导体层和源漏极的位置关系分为两类：一类是有机半导体层位于源极和漏极的上面，这类称之为底接触型有机薄膜晶体管；一类是有机半导体层位于源极和漏极的下面，这类称之为顶接触型有机薄膜晶体管。上述制备方法形成的有机薄膜晶体管可以是底接触型有机薄膜晶体管，也可以是顶接触型有机薄膜晶体管，本发明实施例对此不做限定。
这里需要说明的是，发明人发现现有技术中由于有机半导体层的材料对空气中的水、氧特别敏感，则水、氧会吸附在源极和漏极之间的有机半导体层上，从而有机半导体层会产生缺陷，而该缺陷能够捕获沟道中的载流子，形成“电荷陷阱”；当需要关闭OTFT时，由于上述缺陷捕获的载流子不能及时释放，导致不能有效夹断沟道，从而造成关态电流增大；同时，有机半导体层需要经过构图工艺形成所需要的图案，而构图工艺中包括掩膜、曝光、显影、刻蚀和剥离等工艺，这些工艺会影响有机半导体层中用于形成沟道的部分，进而造成关态电流增大。
本发明的实施例提供了一种有机薄膜晶体管的制备方法，该制备方法通过对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，使得因水、氧吸附在该部分形成的表面电荷被等离子中和，从而有机薄膜晶体管的关态电流降低；同时，等离子通过化学作用或者物理作用吸附在有机半导体层用于形成沟道的部分的表面，阻止水、氧再次对该部分侵蚀，使得有机薄膜晶体管的关态电流始终维持在较小值。通过该制备方法，可以降低有机薄膜晶体管的关态电流，进而提高其开关比。参考图15所示，经过氧等离子体表面处理后的有机薄膜晶体管在关闭状态时的漏极电流(即关态电流)约为10-10A，未经过氧等离子体表面处理的有机薄膜晶体管的漏极电流(即关态电流)约为10-9A，前者比后者降低了约一个数量级，且对有机薄膜晶体管的迁移率和截止电压没有影响。
进一步的，至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理包括：将形成有机半导体层之后的衬底，置于等离子体处理装置的腔体中；等离子体处理装置包括射频电源，射频电源用于将向腔体供给的气体等离子化；经等离子化的气体至少作用于有机半导体层用于形成沟道的部分的表面。
这里需要说明的是，本发明对于射频电源与腔体的位置关系不作限定，示例的，射频电源可以位于腔体内，从而将腔体中的气体等离子化；射频电源还可以位于腔体外，从而将准备进入腔体的气体等离子化。
进一步的，为了有机半导体层用于形成沟道的部分进行表面处理后达到更好的效果，在进行等离子表面处理的过程中，射频电源的功率设置范围可以为1-20W；等离子体处理装置的腔体的压强可以设置为1bar；在不超过10s的时间内，经等离子化的气体至少作用于有机半导体层用于形成沟道的部分的表面。
进一步的，上述制备方法中对有机半导体层用于形成沟道的部分采用等离子表面处理时，等离子可以是氩等离子、氮等离子或者氧等离子。优选的，由于氧等离子相对制备容易，本发明实施例均以氧等离子表面处理对有机半导体层用于形成沟道的部分进行处理为例进行说明。
下面以底栅型有机薄膜晶体管为例，分别详细说明底接触型和顶接触型有机薄膜晶体管的制备方法。
顶接触型有机薄膜晶体管的制备方法可以是如图3所示，所述方法包括：
步骤S01、如图4所示，在衬底(图中未示出)上形成栅极10以及覆盖栅极10的栅绝缘层11。具体的，可以是在玻璃、塑料或者涂敷绝缘层的衬底上形成栅极以及覆盖栅极的栅绝缘层，其中，栅极材料可以是金属、ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)或者掺杂硅的有机导电物，厚度可以为20-200nm；栅绝缘层材料可以是SiOx(氧化硅)、SiNx(氮化硅)、金属氧化物、金属氮化物、有机材料等，厚度可以为30-1000nm。
步骤S02、如图5所示，在栅绝缘层11上采用热蒸镀或者溶液法沉积形成有机半导体层12，其中，有机半导体层材料可以是小分子或者高分子聚合物，厚度可以为10-200nm。
具体的，可以是直接在栅绝缘层11上形成有机半导体层12；也可以是在栅绝缘层11上先形成有机半导体薄膜，再通过一次构图工艺形成有机半导体层12，一次构图工艺是指将薄膜形成包含至少一个图案的层的工艺，包括掩膜、曝光、显影、刻蚀和剥离等工艺。前者可以直接形成单独的OTFT，作为单独的元器件使用；后者可以形成包括多个OTFT的显示面板，应用于显示技术领域。
步骤S03、对有机半导体层进行等离子表面处理，具体的，可以将上述膜层置于等离子体处理装置的腔体内，在进行等离子表面处理的过程中，射频电源的功率可以设置为20W；等离子体处理装置的腔体的压强可以设置为1bar；在不超过5s的时间内，经等离子化的气体作用于有机半导体层的表面。
步骤S04、在有机半导体层上形成源极和漏极，可以得到如图1所示的有机薄膜晶体管，具体的，可以是通过蒸镀、溶液法沉积、喷墨打印或者溅射等方式形成源极和漏极，其中，源极和漏极材料可以是Au(金)、Ag(银)、Mo(钼)、Al(铝)、Cu(铜)等金属，或者ITO，厚度可以为20-300nm。
顶接触型有机薄膜晶体管的制备方法还可以是如图6所示，所述方法包括：
步骤S05、如图4所示，在衬底(图中未示出)上形成栅极10以及覆盖栅极10的栅绝缘层11。
步骤S06、如图5所示，在栅绝缘层11上形成有机半导体层12。
步骤S07、在有机半导体层上形成源极和漏极，可以得到如图1所示的有机薄膜晶体管。
步骤S08、至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。
需要说明的是，由于有机半导体层形成在源极和漏极之下，则源极和漏极可以是完全覆盖有机半导体层用于形成沟道部分的以外区域，也可以是不完全覆盖有机半导体层用于形成沟道部分的以外区域，例如源极和漏极可以是未覆盖有机半导体层的边缘区域。那么，在源极和漏极完全覆盖有机半导体层用于形成沟道部分的以外区域的情况下，至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理具体指仅对有机半导体层用于形成沟道的部分(即源极和漏极之间的部分)进行等离子表面处理；在源极和漏极不完全覆盖有机半导体层用于形成沟道部分的以外区域的情况下，至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理具体指至少对未覆盖有机半导体层的区域进行等离子表面处理。
需要说明的是，上述步骤S05-S08中栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极的具体形成方法与步骤S01-S04中相同，这里不再赘述。
进一步需要说明的是，至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，即可以是如步骤S03对有机半导体层进行等离子表面处理，还可以是如步骤S08至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，具体需要根据有机薄膜晶体管的各膜层形成顺序来确定。优选的，采用后者，因为后者可以是对整个OTFT进行等离子表面处理，这样可以改变源极和漏极的表面能级，使得后续在源极和漏极上形成的其他膜层更加均匀。
底接触型有机薄膜晶体管的制备方法可以是如图7所示，所述方法包括：
步骤S09、如图4所示，在衬底(图中未示出)上形成栅极10以及覆盖栅极10的栅绝缘层11。
步骤S10、如图8所示，在栅绝缘层11上形成源极13和漏极14。
步骤S11、如图9所示，在源极13和漏极14上形成有机半导体层12。
步骤S12、对有机半导体层进行等离子表面处理。
需要说明的是，上述步骤S09-S12中栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极的具体形成方法与步骤S01-S04中相同，这里不再赘述。
同理，顶栅型有机薄膜晶体管也可以分为如图10所示的顶接触型有机薄膜晶体管，和如图11所示的底接触型有机薄膜晶体管。
顶接触型有机薄膜晶体管的制备方法可以是如图12所示，所述方法包括：
步骤S13、在衬底上形成有机半导体层。
步骤S14、对有机半导体层进行等离子表面处理。
步骤S15、在有机半导体层上形成源极和漏极。
步骤S16、在源极和漏极上形成栅绝缘层。
步骤S17、在栅绝缘层上形成栅极。
顶接触型有机薄膜晶体管的制备方法还可以是如图13所示，所述方法包括：
步骤S18、在衬底上形成有机半导体层。
步骤S19、在有机半导体层上形成源极和漏极。
步骤S20、至少对有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。
步骤S21、在源极和漏极上形成栅绝缘层。
步骤S22、在栅绝缘层上形成栅极。
底接触型有机薄膜晶体管的制备方法可以是如图14所示，所述方法包括：
步骤S23、在衬底上形成源极和漏极。
步骤S24、在源极和漏极上形成有机半导体层。
步骤S25、对有机半导体层进行等离子表面处理。
步骤S26、在有机半导体层上形成栅绝缘层。
步骤S27、在栅绝缘层上形成栅极。
需要说明的是，顶栅型有机薄膜晶体管的栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极及漏极的具体制备方法与上述底栅型有机薄膜晶体管的具体制备方法相同，且顶栅型有机薄膜晶体管对于有机半导体层进行等离子表面处理的方法与上述底栅型有机薄膜晶体管对于有机半导体层的处理方法也是相同的，只是栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极及漏极的形成顺序有所不同，具体制备方法这里不再赘述。
本发明实施例提供了一种有机薄膜晶体管，如图9-11所示，该有机薄膜晶体管由本发明实施例提供的任一项所述的制备方法形成，具有关态电流小、开关比较大的特点。该有机薄膜晶体管可应用于液晶显示器、电子纸、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)显示器等显示器件，包括该有机薄膜晶体管的显示器件具有高刷新率的特点。
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以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种有机薄膜晶体管的制备方法，包括：在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极，其特征在于，还包括：至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理，使得因水、氧吸附在所述有机半导体层用于形成沟道的部分形成的表面电荷被所述等离子中和，同时，所述等离子通过化学作用或物理作用吸附在所述有机半导体层用于形成沟道的部分的表面，阻止水、氧再次侵蚀；所述等离子为氩等离子、氮等离子或者氧等离子；
所述至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理包括：将形成所述有机半导体层之后的衬底，置于等离子体处理装置的腔体中；所述等离子体处理装置包括射频电源，所述射频电源用于将向所述腔体供给的气体等离子化；经等离子化的气体至少作用于所述有机半导体层用于形成沟道的部分的表面；
在进行等离子表面处理的过程中，所述射频电源的功率设置范围为1-20W；所述等离子体处理装置的腔体的压强设置为1bar；
所述经等离子化的气体至少作用于所述有机半导体层用于形成沟道的部分的表面具体为：在不超过10s的时间内，经等离子化的气体至少作用于所述有机半导体层用于形成沟道的部分的表面。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极具体包括：
在衬底上形成栅极以及覆盖所述栅极的栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成有机半导体层；
在所述有机半导体层上形成源极和漏极；
其中，所述至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理具体包括：
在所述有机半导体层上形成源极和漏极之前，且在所述栅绝缘层上形成有机半导体层之后，对所述有机半导体层进行等离子表面处理；或者，
在所述有机半导体层上形成源极和漏极之后，至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极具体包括：
在衬底上形成栅极以及覆盖所述栅极的栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成源极和漏极；
在所述源极和所述漏极上形成有机半导体层；
其中，所述至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理具体包括：
在所述源极和所述漏极上形成有机半导体层之后，对所述有机半导体层进行等离子表面处理。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极具体包括：
在衬底上形成有机半导体层；
在所述有机半导体层上形成源极和漏极；
在所述源极和所述漏极上形成栅绝缘层；
在所述栅绝缘层上形成栅极；
其中，所述至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理具体包括：
在形成有机半导体层之后，且在所述有机半导体层上形成源极和漏极之前，对所述有机半导体层进行等离子表面处理；或者，
在所述有机半导体层上形成源极和漏极之后，且在所述源极和所述漏极上形成栅绝缘层之前，至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在衬底上形成栅极、栅绝缘层、有机半导体层、源极和漏极具体包括：
在衬底上形成源极和漏极；
在所述源极和所述漏极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；
在所述栅绝缘层上形成栅极；
其中，所述至少对所述有机半导体层用于形成沟道的部分进行等离子表面处理具体包括：
在所述源极和所述漏极上形成有机半导体层之后，且在所述有机半导体层上形成栅绝缘层之前，对所述有机半导体层进行等离子表面处理。
6.一种有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机薄膜晶体管由权利要求1-5任一项所述的制备方法形成。
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