CN105034367A - 薄膜晶体管制作方法及其微纳复合喷射机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管制作方法及其微纳复合喷射机，该方法在基底材料上以微米和纳米级液滴复合喷射技术，根据薄膜晶体管的结构与材料逐层喷射出晶体管的各电极以及绝缘层或保护层；且当晶体管的特征尺寸小于微米喷射的尺寸或需要精细喷射时采用纳米喷射方式，否则采用微米喷射方式。所述的微纳复合喷射机基于热释电效应提供电场，可避免传统纳米喷射装置上直接施加电场所需的高压电和复杂电路引起的诸多问题，而且能满足印刷电子器件大面积、高效率、低成本的喷射制作需求。

Description

薄膜晶体管制作方法及其微纳复合喷射机

技术领域

本发明涉及印刷电子技术，尤指一种薄膜晶体管制作方法及其微纳复合喷射机。

背景技术

近十年来，印刷电子业的快速发展吸引了众多研究人员极大地兴趣与关注，得益于有机材料突飞猛进的研究进展及大面积、柔性化、低成本的印刷制作工艺的开发，印刷电子技术迅速成为可与硅基微电子技术竞争的崭新行业。然而，有机材料电荷迁移率低、传统印刷图形定位精度低及分辨率低，这两方面的缺陷严重制约了印刷电子技术的进一步发展。因此，如何在大面积柔性基板上低成本制备特征尺寸更小、精度更高、性能更优的晶体管器件是当今印刷电子技术所面临的挑战。

纳米材料的出现为印刷材料的革新带来希望，碳纳米管和石墨烯作为其中的典型代表，具有极高的载流子迁移率、优良的化学稳定性、高导热率、高透光率、高强度及柔韧性，自问世以来就备受瞩目。同时，碳纳米管和石墨烯的物理特性使其易制成溶液形态，非常适合于印刷电子低成本、大面积的制作方式。然而目前晶体管器件的构建方式主要基于传统半导体工艺中的光刻图形化技术，极大地限制了此类器件规模化应用前景。有学者尝试采用液相法、喷墨打印以及凹版印刷等方法制作碳基器件，并获得良好的性能，然而，仍然存在特征尺寸的分辨率较低、沉积薄膜均匀性不佳等问题。近年来，备受关注的电流体喷射是一种“拉”式喷射，可达到纳米级的分辨率，但由于需要配备高压电路和复杂电极，其应用受到较大限制。而且，由于薄膜晶体管的电极等微特征形状多样，有的地方为纳米级尺寸，有的地方为微米级尺寸，全部采用纳米喷射装置制作效率极低，而且也完全不适应大面积的薄膜绝缘层或保护层的制作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用全喷射技术制作薄膜晶体管的方法及其微纳复合喷射机。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种薄膜晶体管制作方法，在基底材料上以微米和纳米级液滴复合喷射技术，根据薄膜晶体管的结构与材料逐层喷射出晶体管的各电极以及绝缘层或保护层；且当晶体管的特征尺寸小于微米喷射的尺寸或需要精细喷射时采用纳米喷射方式，否则采用微米喷射方式。

一种微纳复合喷射机，包括喷射机构、热释电晶体、热释电晶体夹持及运动机构、可带动喷射机构运动的三维运动机构、压力源、热源、基底材料固定或运动机构以及控制机构；该喷射机构包括喷嘴、喷射腔、驱动膜片、推杆、压电陶瓷以及储料筒；该喷嘴设置在喷射腔的下方，该驱动膜片设置在该喷射腔的上方，该推杆位于所述驱动膜片上方；所述的压电陶瓷施加电压后产生变形可带动推杆移动；该储料筒内的储料腔通过流道与所述的喷射腔相连通，该储料筒设有进口接头与所述的压力源相连接，该压力源使储料腔内部形成背压；该热释电晶体位于所述喷嘴的正下方；该热源对热释电晶体加热以产生热释电效应。

优选地，所述的储料筒外侧设置有加热圈；加热圈外侧设置有隔热圈。

优选地，所述的流道内设置一加热棒。

优选地，所述的热释电晶体夹持及运动机构包括夹持架及热释电晶体运动机构；该夹持架为长槽结构，所述的热释电晶体为长条状的薄片结构并安装在该长槽之内，且该热释电晶体的长度与基底材料的宽度相当；所述的热释电晶体运动机构包括可调节夹持架高度的直线电机及Y轴滚珠丝杆移动副。

优选地，所述的基底材料运动机构包括两组电机、传动机构、卷膜筒、滚筒以及手轮；该卷膜筒及滚筒固定在一机架的左、右支撑板之间，基底材料绕在各卷膜筒及滚筒上；该电机通过传动机构与卷膜筒连接，该卷膜筒的另一侧安装有所述的手轮。

优选地，进一步设置有视觉引导系统、检测系统、基底加热装置或紫外光源装置。

所述的三维运动机构上安装有多个所述的喷射机构。

优选地，所述的喷射机构进一步包括可将压电陶瓷的变形量放大的压电放大机构；该压电放大机构为菱形放大机构，所述的推杆通过锁紧螺母固定在菱形放大器的一侧，所述的压电陶瓷安装在菱形放大器的中间。

优选地，所述的喷射机构进一步设置蝶形弹簧组及预紧螺母，所述的推杆通过膜片压紧件固定在所述喷射腔的上方，所述的预紧螺母旋在该推杆上，该蝶形弹簧组抵在该膜片压紧件及该预紧螺母之间。

利用所述微纳复合喷射机进行薄膜晶体管制作的工艺步骤如下：

步骤一，喷射材料的准备：根据薄膜晶体管的具体结构选择喷射材料，并将不同的喷射材料装入不同的储料筒中；

步骤二，启动机器并进行调式：包括基底材料张紧力的调节、喷射液滴直径的调节；

步骤三，开始喷射：根据薄膜晶体管的结构逐个像素点逐层进行喷射，在喷射过程中，根据结构的材料更换或切换装有相应喷射材料的喷射机构，并且根据结构的特征尺寸选择微米喷射模式或纳米喷射模式；所述微米喷射模式是所述的热源不启动，所述的热释电晶体以及热释电晶体夹持及运动机构不工作；所述纳米喷射模式是所述的热源启动，所述的热释电晶体工作，所述的热释电晶体夹持及运动机构带动热释电晶体与所述的喷嘴同步移动。

采用上述方案后，本发明采用全喷射方式制作薄膜晶体管，无需制版且分辨率更高，而且本发明提出的基于热释电效应的微纳复合喷射印刷技术，既可避免传统纳米喷射装置上直接施加电场所需的高压电和复杂电路引起的诸多问题，也能克服现有热释电效应无喷嘴纳米喷射的定位不准确现象，同时还能利用碳纳米管和石墨烯显著提升印刷材料性能，满足印刷电子器件大面积、高效率、低成本的喷射制作需求。本发明的研究成功，有望突破印刷电子器件发展过程中的两大瓶颈——适合于印刷的有机材料的特性缺陷及印刷工艺的分辨率局限，为业界在利用碳基无机纳米材料改善有机电子器件光、机、电性能的制造过程中提供行之有效的制作手段，并可有力推进印刷电子技术高精度、高性能、低成本的发展进程。

附图说明

图1为本发明所述微纳复合喷射机的结构示意图；

图2为本发明所述喷射及压电放大机构的示意图；

图3为本发明所述喷射及压电放大机构的剖视图；

图4为本发明所述热释电晶体夹持及运动机构的结构示意图；

图5为本发明所述基底材料运动机构的结构示意图；

图6为底部可接触式石墨烯/碳纳米管薄膜晶体管结构简图；

图7为图6所示薄膜晶体管各微结构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

本发明所揭示的是一种薄膜晶体管制作方法，该方法是在基底材料上以微米和纳米级液滴复合喷射技术，根据薄膜晶体管的结构与材料逐层喷射出晶体管的各个结构特征，且当晶体管的特征尺寸小于微米喷射的尺寸或需要精细喷射时采用纳米喷射方式，否则采用微米喷射方式。

为了实现上述方法，可以采用现有的微米喷射装置和纳米级的电流体喷射装置进行复合切换。但是由于现有微米喷射及纳米喷射的原理、设备及喷嘴结构均不同，在进行薄膜晶体管喷射时效率低、定位不准确。为此，本发明专门设计了一种微纳复合喷射机以实施上述方法。

如图1至图5所示，为本发明所述的微纳复合喷射机的较佳实施例，该喷射机包括喷射机构1、热释电晶体2、热释电晶体夹持及运动机构3、三维运动机构4、压力源、热源、基底材料固定或运动机构以及控制机构，还可以进一步设置视觉引导系统、检测系统、基底加热装置以及紫外光源装置。其中：

所述的喷射机构1包括喷嘴101、喷射腔102、驱动膜片109、推杆110、压电陶瓷111以及储料筒103。所述的喷嘴101设置在喷射腔102的下方；所述的驱动膜片109设置在该喷射腔102的上方，其可以通过膜片压紧件112固定在所述喷射腔102上方。所述的推杆110位于所述驱动膜片109上方；所述的压电陶瓷111施加电压后产生变形可带动推杆110移动。所述储料筒103内的储料腔通过流道105与所述的喷射腔102相连通，该储料筒103设有进口接头104与外部的压力源相连接。

进一步的，由于压电材料具有位移小的缺陷，因此可以添加一个压电放大机构也称微位移放大机构。本实施例选择菱形放大机构113与压电陶瓷111灵活结合使用，使得结构简单、紧凑。所述的推杆110通过锁紧螺母固定在菱形放大器113的一侧，所述的压电陶瓷111安装在菱形放大器113的中间，这样在压电陶瓷111发生横向微位移的时候，通过菱形放大机构113可带动推杆110在纵向发生较大的位移，从而喷射出微滴。采用菱形放大机构113不仅可以起到位移放大的功能，还可以将横向的位移转变成纵向的位移。为了使菱形放大器113在发生位移后能够恢复到原来的状态，可以进一步设置一蝶形弹簧组114，该蝶形弹簧组114一端抵在所述的膜片压紧件112上，一端与所述的推杆110连动。由于压电晶体是一种高频发生器，采用蝶形弹簧组114能够更好地响应菱形放大机构113的位移，使得喷射的频率更加稳定，而且蝶形弹簧组114负载变形特性曲线是非线性的，安装方便、使用寿命长等优点。另外，还可以进一步设置一个预紧螺母115，该预紧螺母115旋在所述的推杆110上，蝶形弹簧组114抵在所述的膜片压紧件112及该预紧螺母115之间。预紧螺母115可以在工作开始之前施加一定的预紧力，达到定性微调的效果。采用两个预紧螺母不仅可以起到预紧的作用，还有防松作用。整个放大机构作为一个整体可以通过一连接支撑座116固定在一机架连接板117上，所述的推杆110穿过该连接支撑座116的孔，因此该连接支撑座116还起到导向的作用。

此外，为了增加喷射材料的流动性，或者对于常温下为固态的喷射材料而言，可以在储料筒103外侧设置加热圈106，在喷射材料进入到储料腔之后，通过加热圈106对材料进行一次加热，为了防止热量的散失以及影响到其他零部件，可以在加热圈106的外面添加了一个隔热圈107，起到隔热作用的同时也起到了安全保护的作用。还可以在流道105内设置一加热棒108，进一步增加材料的流动性。

所述储料腔的底部可以加工成锥形，有利于喷射材料的汇聚以及供给到流道105中。

所述的热释电晶体2设置在喷射机构1的喷嘴101正下方。

所述的热释电晶体夹持及运动机构3包括用以固定安装热释电晶体2的夹持架31以及可带动热释电晶体2与所述喷嘴101同步移动的热释电晶体运动机构。该夹持架31可以设置成长槽结构，所述的热释电晶体2则可设置为长条状的薄片结构并安装在该长槽之内，且热释电晶体2的长度与基底材料的宽度相当。这样设计使热释电晶体2工作时在左右方向（即X轴方向）上可以静止不动，也可以提供电场给喷嘴，从而可以简化运动机构的结构。上述结构的夹持架31，使所述的热释电晶体运动机构只需设置Z方向的Z轴运动机构以及Y方向的Y轴运动机构。本实施例中，该热释电晶体运动机构包括可调节夹持架31高度的直线电机32以及Y轴滚珠丝杆移动副33。由于热释电晶体2距离喷嘴101位置的远近，直接影响着喷嘴附近所形成的电场的强弱，进而影响所制备的微滴的质量，因此本实施例采用直线电机这一精度较高的移动装置来更精确的设置热释电晶体2与喷嘴101之间的距离。

所述的三维运动机构4用以带动所述喷射机构1在三维空间内移动，以完成喷射作业。该三维运动机构4上可以设置多个喷射机构1，每个喷射机构1内的储料筒103内装有不同的喷射材料，这样，无需更换喷射机构1即可实现各喷射材料的切换。该三维运动机构4可以采用多种结构实现，本实施例主要由三组线性模组构成，即X轴线性模组41、Y轴线性模组42以及Z轴线性模组43，且各线性模组通过一些组件将其连接在一起可以实现三轴的运动，并将所述的喷射机构1安装在上面。进一步的，所述三维运动机构4安装在一机架6上，该机架6上安装有左支撑架61及右支撑架62，控制前后运动的Y轴线性模组42安装在左支撑架61上面，而控制左右运动的X轴线性模组41通过连接结构安装在Y轴线性模组42的上面，控制上下运动的Z轴线性模组43又利用另一个连接结构安装在X轴线性模组41上，这样就构成了三维运动机构4。为了提高三维运动机构4的稳定性以及控制的精确性，使X轴线性模组41左侧安装在所述Y轴线性模组42上，其右侧通过支撑架44安装在所述右支撑架62上的导轨45上，这样设计的三维运动机构就变成了龙门式，而不是悬臂式，提高了整个装置的稳定性。

所述的压力源图中未示出，其可以为气源，用以使储料腔内部形成一定的背压。

所述的热源图中也未示出，其用以对热释电晶体2加热，使该热释电晶体2产生热释电效应。该热源可以为高精度红外热源。

所述的基底材料固定机构用于将薄膜晶体管的基底材料固定于其上，对于需要基底材料运动的场合，可以设置基底材料运动机构以实现该基底材料的运动。根据基底材料的结构以及性质的不同，该基底材料固定或运动机构可以根据需要采用不同的结构。本实施例以柔性基底为例，并设置基底材料运动机构5，其包括两组电机51、传动机构52、卷膜筒53、滚筒54以及手轮55。所述的卷膜筒53及滚筒54固定在所述机架6的左、右支撑板63、64之间，柔性基底7绕在各卷膜筒53及滚筒54上，且其中一个卷膜筒为卷出卷膜筒，另一个为卷入卷膜筒。该电机51通过电机座56被固定在机架6上。电机51通过传动机构52与卷膜筒53连接，并带动卷膜筒53转动，实现卷膜筒53对柔性基底7的滚卷。而在柔性基底的卷出卷膜筒53与柔性基底的卷入卷膜筒53的另一侧可进一步安装手轮55，可以在喷射印刷的前期通过手轮55以手动的形式将柔性基底卷在卷膜筒53上，并通过滚筒54可以调整柔性基底的张力，而柔性基底主要是由前后两个滚筒54撑起。在正常喷射的时候，通过电机51的转动，就可以实现柔性基底向前运动的目标，达到高效率的工作。

所述的控制机构也未在图中显示，其用于控制各部件的动作。

所述的视觉引导系统主要由CCD相机组成。喷射机构1在基底材料上方由CCD相机检测对准，通过移动喷射机构1消除对准误差，将喷嘴101下降到与热释电晶体2指定间隙后控制红外热源进行喷射。

所述的检测系统由图像检测系统和平行度及距离检测光学系统组成。利用光学系统检测基底材料标记、计算喷嘴与沉积图案的误差，进而控制喷射机构1的高精度运动，实现准确的图案化成膜。

所述的基底加热装置用以对基底材料进行加热，以实现对基底材料上方的喷射材料的热处理。该基底加热装置也可以不设置在该喷射机上，而作为外部设备在需要的时候使用。

所述的紫外光源装置用以对需要固化的喷射材料进行紫外线照射固化，与基底加热装置相同的，其可以直接设置在所述的喷射机上，也可以作为外部设备在需要的时候使用。

上述喷射机构1在不需更换喷嘴及辅助设备的前提下即可实现微/纳之间的喷射切换，下面具体说明这两种喷射的具体控制步骤及工作原理：

（1）微米量级的喷射：由控制机构控制红外热源断开，且热释电晶体夹持及运动机构3不工作，控制气源使储料腔内保持一定背压。

射流形成阶段：在这一阶段，控制机构输入一电压脉冲信号作用于压电陶瓷111，压电陶瓷111产生微小的变形经菱形放大机构113放大后，推动推杆110向下运动，进而推动驱动膜片109向下变形，导致喷射腔102的容积减小形成喷射压力，促使液体通过喷嘴101形成一定长度的射流，射流具有远离喷嘴101的速度。

液柱的回拉及颈缩阶段：液体从喷嘴101出来形成射流后，控制机构控制电压脉冲信号瞬间消失，在蝶形弹簧组114的作用下推杆110向上移动，驱动膜片109开始回弹并出现向上的变形，喷射腔102内压强减小。于是由喷嘴101喷射出的液柱受到朝向喷嘴101的作用力，液柱产生朝向喷嘴101方向的加速度。而液柱尖端的液滴由于惯性将远离喷嘴101继续向前运动，于是尖端液滴与液柱间形成颈缩。

液柱断裂及液滴形成阶段：颈缩形成后尖端液滴由于惯性继续远离喷嘴101运动，而液柱则在腔内负压作用下朝向喷嘴101运动。在液滴惯性、液柱回拉力以及表面张力的共同作用下，液柱尖端最终断裂形成液滴，受到回拉作用力的液柱则重新进入到喷射腔102。断裂形成的液滴则飞行至基底指定的位置，与此同时驱动膜片109恢复至初始位置为下一次喷射做好准备。

（2）纳米量级的喷射：由控制机构控制红外热源接通，热释电晶体夹持及运动机构工作，控制气源工作继续保持储料腔内具有一定背压；同时，控制机构切断对压电陶瓷111的电压脉冲信号，使压电陶瓷不工作。

射流形成阶段：在这一阶段，喷射材料在储料腔内背压的作用下汇聚在喷嘴101内；之后在红外热源的作用下，喷嘴101与热释电晶体2之间形成电压差，调整热释电晶体2与喷嘴101的间距，使喷嘴101处的液柱电场的作用下从喷嘴101中“拉”出来。

液柱的回拉及颈缩阶段：液体从喷嘴101中“拉”出形成射流后，控制机构切断红外热源，在表面张力的作用下，被“拉”出喷嘴101的液柱受到朝向喷嘴101的作用力，而液柱尖端的液滴由于惯性将远离喷嘴101继续向前运动，于是尖端液滴与液柱间形成颈缩。

液柱断裂及液滴形成阶段：颈缩形成后尖端液滴由于惯性继续远离喷嘴101运动，而液柱继续朝向喷嘴101运动。在液滴惯性、液柱回拉力以及表面张力的共同作用下，液柱尖端最终断裂形成液滴，受到回拉作用力的液柱则重新进入到喷射腔102，断裂形成的液滴则飞行至基底指定的位置，完成一次喷射。

利用上述微纳复合喷射机进行薄膜晶体管制作的工艺步骤如下：

步骤一，喷射材料的准备：根据薄膜晶体管的具体结构选择喷射材料，并将不同的喷射材料装入不同的储料筒中；

步骤二，启动机器并进行调式：包括柔性基底张紧力的调节、喷射液滴直径的调节等；

步骤三，开始喷射：根据薄膜晶体管的结构逐个像素点逐层进行喷射，在喷射过程中，根据结构的材料更换或切换装有相应喷射材料的喷射机构，并且根据结构的特征尺寸选择微米喷射模式或纳米喷射模式。具体的，栅绝缘层及保护层等大面积结构采用微米喷射模式，栅极、源极、漏极、有源层等微特征采用纳米喷射模式或者根据具体的特征尺寸采用微纳复合喷射模式。

对于步骤三中，栅绝缘层及保护层可以采用边喷射边用紫外线光源照射固化的方式。栅极、源极、漏极及有源层在喷射后可以进行热处理去除有机溶剂。

下面以具体实例说明薄膜晶体管的制作工艺。

薄膜晶体管主要包括三个部分：有源层、栅绝缘层以及电极，其结构形式多样，以底部接触式薄膜晶体管为例，如图6所示，该薄膜晶体管9从下到上依次设有基底91、栅绝缘层92及保护层93，在栅绝缘层92内设有栅极94，在保护层93内设有源极95、漏极96和有源层97。源极、漏极和栅极电极均可由单层石墨烯制成，可极大降低接触电阻，可由单壁碳纳米管制成有源层，源极和漏极的电极与碳纳米管层直接相连，栅极与碳纳米管层则由栅绝缘层隔离，源极和漏极间的电流由栅极电压控制。所述的栅极、源极、漏极及有源层均属于微小特征，其形状各异，如图7给出了其中一种的微特征形状，图中（a）为栅极、（b）为有源层、（c）为源极、（d）为漏极，图中尺寸单位为微米，图中可以看出，这些微特征的最小尺寸为30微米，目前微喷设备的极限尺寸虽然可以达到20微米，但是大部分设备无法在该极限尺寸运行或者达不到该极限尺寸。下述工艺选择在尺寸小于50微米处为纳米喷射，在尺寸大于50微米处为微米喷射，这样即使在进行其中一个微小特征进行喷射时，为了提高效率也需要进行纳米及微米喷射的切换。

各部分可选择的制作材料及工艺步骤如下：

（1）选择基底材料：可选用玻璃或柔性基底，如PEN、PET、PI、PES等，本工艺以柔性基底为例。

（2）石墨烯喷射溶液制备：将石墨烯薄片溶入二甲基砒喀酮(N-methylpyrrolidone，NMP)中超声处理9小时，去除未溶解石墨烯薄片，接着在超速离心机10000rpm的转速下处理1小时，最后将大于1μm的片状薄片过滤，获取石墨烯喷射溶液。将制备的石墨烯喷射溶液装入储料腔a，并标记该储料腔a对应的喷嘴为喷嘴a。

（3）喷射印刷栅极绝缘层和保护层：栅绝缘层可选择材料有Ta₂O₅、PVP、SU8等，保护层材料可选择SU8。本工艺选用SU8溶液作为栅绝缘层和保护层喷射材料。将可喷射SU8溶液装入储料腔b，并标记该储料腔b对应的喷嘴为喷嘴b。

（4）碳纳米管喷射溶液制备：将单壁碳纳米管分散到含1%的十二烷基苯磺酸钠(sodiumdodecylbenzenesulfonate，SDBS)或十二烷基硫酸钠(sodiumdodecylsulfate，SDS)的去离子水溶液中，超声处理30分钟后进行16000g离心过滤10小时，沉淀单壁碳纳米管大颗粒，获取碳纳米管喷射溶液。将制备的碳纳米管喷射溶液装入储料腔3，并标记该储料腔c对应的喷嘴为喷嘴c。

（5）调整放大机构中的预紧力，使其达到要求。

（6）开启外部气源，在储料腔的内部形成达到要求的背压，并将喷嘴部分中气体尽可能排出。

（7）将柔性基底7安装到卷膜筒53与滚筒54上，利用手轮55调整其张力达到一定的要求。

（8）开启电机51的电源，检查柔性基底7在卷膜筒53的带动下是否可以前后运动。

（9）开启控制机构，对三维运动机构4及热释电晶体夹持及运动机构3进行控制。

（10）进行试喷射印刷，看制备的液滴是否为需要的直径，若不是继续调整预紧力，直到制备的液滴满足要求为止。

（11）开始进行喷射印刷。首先在柔性基底7上喷射栅极电路，接通红外热源开关，将喷嘴a与柔性基底7上的指定点对准，在热释电晶体2与喷嘴处形成的电场力作用下，石墨烯液滴从喷嘴中“拉”出喷射在柔性基底7上，在尺寸大于50微米的区域，关闭红外热源，采用微米喷射，当栅极电路在当前模块上喷射完毕后，控制喷嘴横向移动，进行下一模块栅极电路的喷射，当一横排上所有模块的栅极电路均喷射完成后，电机51将带动卷膜筒53旋转一定角度，柔性基底7向前移动一定的距离，喷嘴继续喷射并重复上述操作。印刷完成后，将基底加热至170℃退火5分钟以去除NMP溶剂。与此同时，喷嘴a回到起始喷射点并进行对准工作。

（12）断开红外热源开关，热释电晶体2不产生电场，即采用微米喷射模式，并更换或切换至喷嘴b，进行栅绝缘层材料的喷射。栅绝缘层的制作采取边喷射边用紫外线光源照射固化的方式，具体步骤为，将喷嘴b与柔性基底7上的指定点对准，进行一个像素点的喷射，之后控制喷嘴横向移动，进行下一像素点的喷射，当同一横排上的所有像素点均喷射完成后，电机51将带动卷膜筒53旋转一定角度到达下一横排像素点进行喷射，当一定面积的柔性基底7上布满了相同的、且固化了的SU8栅绝缘层材料后，喷嘴将停止喷射工作并回到起始喷射点进行对准工作。

（13）接通红外热源开关，更换或切换至喷嘴a，进行源极和漏极的喷射。其喷射过程和步骤（11）大同小异，只是在每个模块上喷射形成源极和漏极的路径不一样。印刷完成后，将基底加热至170℃退火5分钟以去除NMP溶剂。与此同时，喷嘴a回到起始喷射点并进行对准工作。

（14）断开红外热源开关，更换或切换至喷嘴c，进行有源层的喷射。其喷射过程和步骤（12）大同小异，只是在每个模块上喷射形成有源层的路径不一样。印刷完成后，将基底加热至120℃退火5分钟以去除有机溶剂。与此同时，喷嘴c回到起始喷射点并进行对准工作。某些情况下，有源层尺寸较小，也可以采用纳米级喷射。

（15）保持断开红外热源开关，更换或切换至喷嘴b，进行保护层材料的喷射。保护层的制作同样采取边喷射边用紫外线光源照射固化的方式，其过程和步骤（12）大同小异，当一定面积的柔性基底7上布满了相同的、且固化了的SU8保护层材料后，喷嘴停止喷射并回到起始点，整个工艺过程结束。

通过上述底部接触式石墨烯/碳纳米管薄膜晶体管的制作工艺过程可以看出：利用本发明所述喷射机不仅能满足微/纳喷射模式的自由切换，实现薄膜晶体管的制作，还可以实现大规模集成电路的制作，充分符合当代人们对于效率和精度的追求。同时，该喷射机可以选用PEN、PET、PI、PES等材料作为柔性基底，可制作柔性集成电路板，顺应了当今便携式可卷柔性显示屏的发展潮流。当然，该喷射机并不仅仅局限于上述的三喷头切换模式，还可以根据自身需要改装成多喷头形式，以实现更复杂集成电路的制作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管制作方法，其特征在于：在基底材料上以微米和纳米级液滴复合喷射技术，根据薄膜晶体管的结构与材料逐层喷射出晶体管的各电极以及绝缘层或保护层；且当晶体管的特征尺寸小于微米喷射的尺寸或需要精细喷射时采用纳米喷射方式，否则采用微米喷射方式。

2.一种微纳复合喷射机，其特征在于：包括喷射机构（1）、热释电晶体（2）、热释电晶体夹持及运动机构（3）、可带动喷射机构运动的三维运动机构（4）、压力源、热源、基底材料固定或运动机构以及控制机构；该喷射机构（1）包括喷嘴（101）、喷射腔（102）、驱动膜片（109）、推杆（110）、压电陶瓷（111）以及储料筒（103）；该喷嘴设置在喷射腔的下方，该驱动膜片设置在该喷射腔的上方，该推杆位于所述驱动膜片上方；所述的压电陶瓷施加电压后产生变形可带动推杆移动；该储料筒内的储料腔通过流道（105）与所述的喷射腔相连通，该储料筒设有进口接头（104）与所述的压力源相连接，该压力源使储料腔内部形成背压；该热释电晶体（2）位于所述喷嘴（101）的正下方；该热源对热释电晶体（2）加热以产生热释电效应。

3.根据权利要求2所述的微纳复合喷射机，其特征在于：所述的储料筒（103）外侧设置有加热圈（106）；加热圈外侧设置有隔热圈（107）；所述的流道（105）内设置一加热棒（108）。

4.根据权利要求2所述的微纳复合喷射机，其特征在于：所述的热释电晶体夹持及运动机构（3）包括夹持架（31）及热释电晶体运动机构；该夹持架为长槽结构，所述的热释电晶体（2）为长条状的薄片结构并安装在该长槽之内，且该热释电晶体的长度与基底材料的宽度相当；所述的热释电晶体运动机构包括可调节夹持架（31）高度的直线电机（32）及Y轴滚珠丝杆移动副（33）。

5.根据权利要求2所述的微纳复合喷射机，其特征在于：所述的基底材料运动机构（5）包括两组电机（51）、传动机构（52）、卷膜筒（53）、滚筒（54）以及手轮（55）；该卷膜筒及滚筒固定在一机架（6）的左、右支撑板（63、64）之间，基底材料绕在各卷膜筒及滚筒上；该电机通过传动机构与卷膜筒连接，该卷膜筒的另一侧安装有所述的手轮。

6.根据权利要求2所述的微纳复合喷射机，其特征在于：进一步设置有视觉引导系统、检测系统、基底加热装置或紫外光源装置。

7.根据权利要求2所述的微纳复合喷射机，其特征在于：所述的三维运动机构（4）上安装有多个所述的喷射机构（1）。

8.根据权利要求2-7之一所述的微纳复合喷射机，其特征在于：所述的喷射机构（1）进一步包括可将压电陶瓷（111）的变形量放大的压电放大机构；该压电放大机构为菱形放大机构（113），所述的推杆（110）通过锁紧螺母固定在菱形放大器的一侧，所述的压电陶瓷（111）安装在菱形放大器的中间。

9.根据权利要求8所述的微纳复合喷射机，其特征在于：所述的喷射机构（1）进一步设置蝶形弹簧组（114）及预紧螺母（115），所述的推杆（110）通过膜片压紧件（112）固定在所述喷射腔（102）的上方，所述的预紧螺母旋在该推杆上，该蝶形弹簧组抵在该膜片压紧件及该预紧螺母之间。

10.根据权利要求9所述的微纳复合喷射机，其特征在于利用上述微纳复合喷射机进行薄膜晶体管制作的工艺步骤如下：

步骤一，喷射材料的准备：根据薄膜晶体管的具体结构选择喷射材料，并将不同的喷射材料装入不同的储料筒中；

步骤二，启动机器并进行调式：包括基底材料张紧力的调节、喷射液滴直径的调节；

步骤三，开始喷射：根据薄膜晶体管的结构逐个像素点逐层进行喷射，在喷射过程中，根据结构的材料更换或切换装有相应喷射材料的喷射机构，并且根据结构的特征尺寸选择微米喷射模式或纳米喷射模式；所述微米喷射模式是所述的热源不启动，所述的热释电晶体以及热释电晶体夹持及运动机构不工作；所述纳米喷射模式是所述的热源启动，所述的热释电晶体工作，所述的热释电晶体夹持及运动机构带动热释电晶体与所述的喷嘴同步移动。