CN106711330B - 一种有机薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机薄膜晶体管及其制造方法。本发明是要解决现有薄膜晶体管中自图案化绝缘层形成的过孔较难实现上下电极层互联的问题。有机薄膜晶体管包括绝缘基板、源漏电极层、有机半导体层、自图案化有机栅绝缘层、栅电极层、有机平坦化层和像素电极。方法：形成依次包括绝缘基板、源漏电极层、有机半导体层、自图案化有机栅绝缘层、栅电极层和有机平坦化层在内的多层结构。本发明继承了自图案化绝缘层工艺简单的优点，同时解决了上下电极层互联断线的问题，实现了低成本制备有机薄膜晶体管。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管的制作工艺领域，尤其涉及一种有机薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
随着半导体技术的发展，视频产品，特别是数字化的视频或影像装置已经成为在一般日常生活中所常见的产品。这些数字化的视频或影像装置中，显示器是一个重要组件，以显示相关信息。
近年来，对有机薄膜晶体管器件的研究和应用取得了长足的进展，作为下一代新的显示技术备受人们的关注。与无机薄膜晶体管相比，有机薄膜晶体管具有更多的优点：首先现在有更多更新的制作有机薄膜的技术，如Lang-muir-Blodgett(LB)技术、分子自组装技术、真空蒸镀、喷墨打印等；其次在制作有机薄膜的过程中，对气体的条件和纯度的要求比较低，从而简化了制作工艺，降低了生产成本。同时，使用有机材料不但可以制作尺寸更小的器件，而且还可以通过适当地修饰有机分子结构来改善OTFT器件的性能。除此之外，有机薄膜晶体管器件还具有很好的柔韧性，携带起来更加方便。有研究表明，对＂全有机＂晶体管(全部用有机材料制成的晶体管)进行适度地扭曲或弯曲，并不会明显地改变器件的电学特性，这种优良的特性进一步拓宽了有机薄膜晶体管的使用范围。随着对有机薄膜晶体管研究的深入，发现目前仍然存在许多缺点和问题。
有机薄膜晶体管是以有机半导体材料为有源层的场效应晶体管器件，一般由栅极、有机有源层、绝缘层、源漏电极构成。其结构就栅电极的位置而言，可分为底栅结构和项栅结构两类。根据源、漏电极与有源层的位置不同，又分为顶接触结构和底接触结构两类。有机薄膜晶体管具有低成本、易于弯折且与柔性显示兼容性较好的优点，正逐渐成为未来柔性显示研究的热点。为了尽可能降低的生产成本，自图案化(self-patterning)的绝缘层或钝化层正逐步被开发应用于有机薄膜晶体管中。其优点在于能够直接通过曝光显影得到需要的图案，减少了刻蚀等工艺步骤进而减少生产成本，但是其缺点在于自图案化的绝缘层为负性光阻，因此其形成的图案为“倒梯形”易导致后续的互联存在断线问题。基于此，本案提出一种过孔互联的方法，该方法继承了自图案化绝缘层工艺简单的优点，同时解决了可能存在的上下电极层互联断线的问题，进而真正意义上实现低成本制备有机薄膜晶体管。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种低温多晶硅薄膜晶体管及其制作方法。
本发明所要解决的技术问题是现有薄膜晶体管中自图案化绝缘层形成的过孔较难实现上下电极层互联。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种有机薄膜晶体管及其制造方法。
根据本发明的第一个方面，提供了一种有机薄膜晶体管，包括：
绝缘基板；
源漏电极层，其形成在所述绝缘基板上；
有机半导体层，其形成在所述源漏电极层上；
自图案化有机栅绝缘层，其形成在所述有机半导体层上；所述自图案化有机栅绝缘层内设置有第一过孔；
栅电极层，其形成在所述自图案化有机栅绝缘层上；
有机平坦化层，其形成在所述栅电极层上；所述有机平坦化层内设置有第二过孔；所述第二过孔位于所述第一过孔之内；
像素电极。
优选的是，所述源漏电极层包含有所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道。
优选的是，所述有机半导体层容置在所述沟道中，且所述有机半导体层的上端部的外沿分别搭接在源极和漏极上，所述有机半导体层的厚度为40nm～100nm。
优选的是，所述自图案化有机栅绝缘层的厚度为50nm～900nm，所述自图案化有机栅绝缘层内的第一过孔的纵向截面为第一梯形，且所述第一梯形的长底边位于朝向所述绝缘基板的一侧。
优选的是，所述有机平坦化层的厚度为1μm～2μm；所述有机平坦化层内的第二过孔的纵向截面为第二梯形，且所述第二梯形的长底边位于远离所述绝缘基板的一侧。
所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长。
优选的是，所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长1μm以上。
优选的是，所述像素电极通过有机平坦化层具有的第二过孔连接漏极且所述像素电极的上端部的外沿搭接在有机平坦化层的上表面。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，其包括：
形成依次包括绝缘基板、源漏电极层、有机半导体层、自图案化有机栅绝缘层、栅电极层和有机平坦化层在内的多层结构；同时在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔，在所述有机平坦化层内形成第二过孔，且所述有机平坦化层内的第二过孔位于自图案化有机栅绝缘层内的第一过孔之内；并在所述有机平坦化层内的第二过孔中形成像素电极。
优选的是，进一步包括：
提供绝缘基板；
在所述绝缘基板上形成源漏电极层；该源漏电极层包含所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道；所述源极和漏极的表面进行了自组装处理；
在所述源漏电极层上形成有机半导体层；
在所述有机半导体层上形成自图案化有机栅绝缘层；在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔；
在所述自图案化有机栅绝缘层上形成栅电极层；
在所述栅电极层上形成有机平坦化层；在所述有机平坦化层内形成第二过孔，所述第二过孔位于所述第一过孔之内；
在所述有机平坦化层内的第二过孔中形成像素电极，使像素电极与所述漏极相连。
优选的是，绝缘基板17材料不限，可选择为硅、石英、玻璃、陶瓷、金刚石等无机材料或塑料、树脂等高分子材料。
优选的是，通过喷墨打印的方法在所述绝缘基板上形成源漏电极层；所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
优选的是，通过蒸镀或喷墨打印的方法在所述源漏电极层上形成有机半导体层；所述有机半导体层容置在所述沟道中且所述有机半导体层的上端部的外沿分别搭接在源极和漏极上，所述有机半导体层的厚度为40nm～100nm。
优选的是，通过旋涂或喷墨打印的方法在所述有机半导体层上形成自图案化有机栅绝缘层；所述自图案化有机栅绝缘层的厚度为50nm～900nm；所述自图案化有机栅绝缘层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮或环氧树脂。
优选的是，通过曝光显影在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔，所述自图案化有机栅绝缘层内的第一过孔的截面为梯形。
优选的是，通过喷墨打印的方法在所述自图案化有机栅绝缘层上形成栅电极层；所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
优选的是，通过旋涂或喷墨打印的方法在所述栅电极层上形成有机平坦化层；所述有机平坦化层的厚度为1μm～2μm。
优选的是，通过曝光显影在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔，所述自图案化有机栅绝缘层内的第一过孔的纵向截面为第一梯形，且所述第一梯形的长底边位于朝向所述绝缘基板的一侧。
优选的是，通过曝光显影在所述有机平坦化层内形成第二过孔，所述有机平坦化层内的第二过孔的纵向截面为第二梯形，且所述第二梯形的长底边位于远离所述绝缘基板的一侧。
所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长。
优选的是，所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长1μm以上。
优选的是，通过喷墨打印的方法在所述有机平坦化层内的第二过孔中形成像素电极；所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水；且所述像素电极的上端部的外沿搭接在有机平坦化层的上表面。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
本发明采用正性光阻与负性光阻的特点相结合，简单而可行实现易于上下层互联的过孔制备；本发明简单且易于实现，能够实现低成本有机薄膜晶体管的制备。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明实施例2用于有机薄膜晶体管的制造方法的流程示意图；
图2显示了本发明实施例1有机薄膜晶体管的结构示意图；
图3显示了本发明实施例2中在绝缘基板上形成源漏电极层后的示意图；
图4显示了本发明实施例2中在源漏电极层上形成有机半导体层后的示意图；
图5显示了本发明实施例2中在有机半导体层上形成自图案化有机栅绝缘层并在自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔后的示意图；
图6显示了本发明实施例2中在自图案化有机栅绝缘层上形成栅电极层后的示意图；
图7显示了本发明实施例2中在栅电极层上形成有机平坦化层并在有机平坦化层内形成第二过孔后的示意图；
图8显示了实施例3中所述有机半导体层的结构示意图；
图9显示了实施例5中所述应用于实施例4提供的有机薄膜晶体管的压力感测装置的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
为解决现有薄膜晶体管中自图案化绝缘层形成的过孔较难实现上下电极层互联的技术缺陷，本发明实施例提供了一种过孔互联有机薄膜晶体管。
本发明实施例提供的过孔互联有机薄膜晶体管是顶栅型薄膜晶体管。
图2显示了本发明实施例1有机薄膜晶体管的结构示意图。如图2所示，本实施例的有机薄膜晶体管，包括：
绝缘基板17；
源漏电极层16，其形成在所述绝缘基板17上；
有机半导体层12，其形成在所述源漏电极层16上；
自图案化有机栅绝缘层15，其形成在所述有机半导体层12上；所述自图案化有机栅绝缘层15内设置有第一过孔18；
栅电极层14，其形成在所述自图案化有机栅绝缘层15上；
有机平坦化层13，其形成在所述栅电极层14上；所述有机平坦化层13内设置有第二过孔11；所述第二过孔11位于所述第一过孔18之内；
像素电极10。
本实施例中所述源漏电极层16包含有所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道。
本实施例中所述有机半导体层12容置在所述沟道中，且所述有机半导体层12的上端部的外沿分别搭接在源极和漏极上，所述有机半导体层12的厚度为40nm～100nm。
本实施例中所述自图案化有机栅绝缘层15的厚度为50nm～900nm，所述自图案化有机栅绝缘层15内的第一过孔18的纵向截面为第一梯形，且所述第一梯形的长底边位于朝向所述绝缘基板17的一侧。
本实施例中所述有机平坦化层13的厚度为1μm～2μm；所述有机平坦化层13内的第二过孔11的纵向截面为第二梯形，且所述第二梯形的长底边位于远离所述绝缘基板17的一侧。
本实施例中所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长1μm以上。
本实施例中所述像素电极10通过有机平坦化层13具有的第二过孔11连接漏极且所述像素电极10的上端部的外沿搭接在有机平坦化层13的上表面。
本实施例预先在自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18，有机平坦化层13直接延伸至第一过孔18，然后在第一过孔18对应区域直接设置导通像素电极10与漏极之间的第二过孔11，形成上下层的过孔互联。
所述栅极层14的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物、金属性碳纳米管层以及碳纳米管金属复合层或其任意组合中的一种；所述源极的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物、金属性碳纳米管层以及碳纳米管金属复合层或其任意组合中的一种；所述漏极的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物、金属性碳纳米管层以及碳纳米管金属复合层或其任意组合中的一种。所述金属或合金材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金。
具体地，所述栅极层14的材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金；所述源极的材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金；所述漏极的材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金。
本实施例中，所述源极、漏极及栅极层14的材料为金属钯膜，厚度为5纳米。
实施例2
本发明实施例还提供了一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，其包括：
形成依次包括绝缘基板17、源漏电极层16、有机半导体层12、自图案化有机栅绝缘层15、栅电极层14和有机平坦化层13在内的多层结构；同时在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18，在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，且所述有机平坦化层13内的第二过孔11位于自图案化有机栅绝缘层15内的第一过孔18之内；并在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中形成像素电极10。
一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，进一步包括：
提供绝缘基板17；
在所述绝缘基板17上形成源漏电极层16；该源漏电极层16包含所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道；所述源极和漏极的表面进行了自组装处理；
在所述源漏电极层16上形成有机半导体层12；
在所述有机半导体层12上形成自图案化有机栅绝缘层15；在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18；
在所述自图案化有机栅绝缘层15上形成栅电极层14；
在所述栅电极层14上形成有机平坦化层13；在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，所述第二过孔11位于所述第一过孔18之内；
在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中形成像素电极10，使像素电极10与所述漏极相连。
本实施例中所述绝缘基板17为玻璃基板或陶瓷基板。所述绝缘基板17起支撑作用，所述绝缘基板17用于对有机薄膜晶体管提供支撑，且多个有机薄膜晶体管可按照预定规律或图形集成于同一绝缘基板17上，形成有机薄膜晶体管面板，或其它有机薄膜晶体管半导体器件。
如图1所示，是本发明实施例2用于有机薄膜晶体管的制造方法的流程示意图。本实施例的制造方法主要包括步骤101至步骤106。
在步骤101中，提供绝缘基板17；在所述绝缘基板17上通过喷墨打印的方法形成源漏电极层16后，得到如图3所示的结构。
所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
具体地，该源漏电极层16所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道。
所述栅极层14的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物、金属性碳纳米管层以及碳纳米管金属复合层或其任意组合中的一种；所述源极的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物、金属性碳纳米管层以及碳纳米管金属复合层或其任意组合中的一种；所述漏极的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物(ITO)、锑锡氧化物(ATO)、导电银胶、导电聚合物、金属性碳纳米管层以及碳纳米管金属复合层或其任意组合中的一种。所述金属或合金材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金。
具体地，所述栅极层14的材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金；所述源极的材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金；所述漏极的材料可以为铝、铜、钨、钼、金、铯、钯或其任意组合的合金。
本实施例中，所述源极、漏极及栅极层14的材料为金属钯膜，厚度为5纳米。
所述源极和漏极的表面进行了自组装处理；进而提高了源极和漏极的功函数。
功函数的大小表示电子逸出半导体需要能量的最小值，也反映对电子束缚能力的强弱；其通过影响光电子器件载流子注入，从而影响器件的性能。
本实施例中先通过初始清洁(Initial clean)工艺实现对玻璃基板17的清洗，清洁度要符合粒子≤300ea(粒径≥lμm)，玻璃基板17的厚度可以为0.3mm～0.7mm。为了防止玻璃基板17中有害物质，如碱金属离子对多晶硅薄膜层性能的影响，采用PECVD法在玻璃基板上沉积缓冲层，且沉积缓冲层前要进行预清洗(Pre-clean)。
在步骤102中，在所述源漏电极层16上通过蒸镀或喷墨打印的方法形成厚度为40nm～100nm的有机半导体层12；且有机半导体层12容置在所述沟道中且所述有机半导体层12的上端部的外沿分别搭接在源极和漏极上，所述有机半导体层12的厚度为40nm～100nm。，得到如图4所示的结构。
在步骤102中所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
在步骤103中，在有机半导体层12上通过旋涂或喷墨打印的方法形成厚度为50nm～900nm的自图案化有机栅绝缘层15，并通过曝光显影在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18，所述自图案化有机栅绝缘层15内的第一过孔18的纵向截面为第一梯形，且所述第一梯形的长底边位于朝向所述绝缘基板17的一侧，得到如图5所示的结构。
所述自图案化有机栅绝缘层15的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮或环氧树脂。
为了增加自图案化有机栅绝缘层15的漏电特性，需要额外增加UV曝光和post-bake的时间。此时的自图案化有机栅绝缘层15为负性电阻，其第一过孔18的纵向截面为第一梯形，较难满足互联需求。
在步骤103中所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
在步骤104中，在自图案化有机栅绝缘层15上通过喷墨打印的方法形成栅电极层14，得到如图6所示的结构。
在步骤104中所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
在步骤105中，在栅电极层14上通过旋涂或喷墨打印的方法沉积1～2μm的有机平坦化层13，然后通过曝光显影在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，且所述第二梯形的长底边位于远离所述绝缘基板17的一侧，得到如图7所示的结构。
所述有机平坦化层13可图案化，所述有机平坦化层13为正性电阻，所述有机平坦化层13内的第二过孔11的纵向截面为第二梯形，能够很好的跟第一过孔18形成上下层的互联要求。也便于后续像素电极10与漏极的互联。
在步骤105中所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
在步骤105中所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长1μm以上。
在步骤106中，在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中通过喷墨打印的方法形成像素电极10，所述像素电极10通过有机平坦化层13具有的第二过孔11连接漏极且所述像素电极10的上端部的外沿搭接在有机平坦化层13的上表面，得到如图2所示的结构。
在步骤106中所述喷墨打印采用的导电墨水为金、银或PEDOT:PSS导电墨水。
步骤101～步骤106中所述喷墨打印是在电信号的驱动下，压电晶体发生膨胀，迫使隔膜发生形变，对装满墨水的腔体产生压力，进而将墨水逐滴从喷嘴处挤出，最终落到指定位置上，从而完成沉积图形化的过程。图形化只需一步就可完成，既节省材料又可缩短工艺时间，大大降低了制作成本。
实施例3
本发明实施例还提供了一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，其包括：
形成依次包括绝缘基板17、源漏电极层16、有机半导体层12、自图案化有机栅绝缘层15、栅电极层14和有机平坦化层13在内的多层结构；同时在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18，在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，且所述有机平坦化层13内的第二过孔11位于自图案化有机栅绝缘层15内的第一过孔18之内；并在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中形成像素电极10。
一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，进一步包括：
提供绝缘基板17；
在所述绝缘基板17上形成源漏电极层16；该源漏电极层16包含所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道；所述源极和漏极的表面进行了自组装处理；
在所述源漏电极层16上形成有机半导体层12；
在所述有机半导体层12上形成自图案化有机栅绝缘层15；在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18；
在所述自图案化有机栅绝缘层15上形成栅电极层14；
在所述栅电极层14上形成有机平坦化层13；在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，所述第二过孔11位于所述第一过孔18之内；
在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中形成像素电极10，使像素电极10与所述漏极相连。
所述有机半导体层12中掺杂有有机小分子。
所述有机小分子的掺杂量为有机半导体层总质量的0.0001％～1％。
所述的有机半导体层12的材料为具有高载流子迁移率的功能材料：稠环芳香烃、硫族杂稠环、硫族杂环寡聚物、四硫富瓦烯、含氮杂稠环、三芳胺、含氮共轭大环分子、联苯、芳香胺、含氟化合物、稠环酸酐、稠环酰亚胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一种或多种。所述的有机小分子为稠环芳香烃、硫族杂稠环、硫族杂环寡聚物、四硫富瓦烯、含氮杂稠环、三芳胺、含氮共轭大环分子、联苯、芳香胺、含氟化合物、稠环酸酐、稠环酰亚胺、C60、C70及其衍生物中的一种或多种。
所述有机半导体层12中掺杂有机小分子的方法具体可为：
将P3HT和TPD溶解到氯仿溶剂中，分别配成10mg/mL溶液，并用微量移液器将TPD溶液掺到P3HT溶液中，掺杂量为0.1％。将配好的溶液滴在所述源漏电极层16上，通过旋涂的方法制成一层50nm左右掺杂的P3HT膜。在Ar气保护下对该膜进行热处理5min，热处理温度为230℃。
所述有机半导体层12中掺杂有机小分子的方法具体还可为：
将P3HT和PCBM溶解到氯仿溶剂中，分别配成10mg/mL溶液，并用微量移液器将PCBM溶液掺到P3HT溶液中，掺杂量为0.1％。将配好的溶液滴在所述源漏电极层16上，通过旋涂的方法制成一层50nm左右掺杂的P3HT膜。在Ar气保护下对该膜进行热处理5min，热处理温度为230℃。
通过选取合适的的掺杂剂，可有效改善有机薄膜晶体管的稳定性，提高器件使用寿命；本发明通过蒸镀或喷墨打印等湿法工艺形成厚度为40nm～100nm的有机半导体层12，便于大面积的制作，降低制作成本。
实施例4
本发明实施例还提供了一种压力型有机薄膜晶体管的制造方法，其包括：
本发明实施例还提供了一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，其包括：
形成依次包括绝缘基板17、源漏电极层16、有机半导体层12、自图案化有机栅绝缘层15、栅电极层14和有机平坦化层13在内的多层结构；同时在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18，在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，且所述有机平坦化层13内的第二过孔11位于自图案化有机栅绝缘层15内的第一过孔18之内；并在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中形成像素电极10。
一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，进一步包括：
提供绝缘基板17；
在所述绝缘基板17上形成源漏电极层16；该源漏电极层16包含所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道；所述源极和漏极的表面进行了自组装处理；
在所述源漏电极层16上形成有机半导体层12；
在所述有机半导体层12上形成自图案化有机栅绝缘层15；在所述自图案化有机栅绝缘层15内形成第一过孔18；
在所述自图案化有机栅绝缘层15上形成栅电极层14；
在所述栅电极层14上形成有机平坦化层13；在所述有机平坦化层13内形成第二过孔11，所述第二过孔11位于所述第一过孔18之内；
在所述有机平坦化层13内的第二过孔11中形成像素电极10，使像素电极10与所述漏极相连。
如图8所示，所述有机半导体层12为一有机复合材料层，该有机复合材料层包括一高分子基底122以及分散在所述高分子基底中的多个碳纳米管121，所述高分子基底122的弹性模量为0.1兆帕至10兆帕。自图案化有机栅绝缘层15能确保有机半导体层12与相对设置的栅电极层14，以及栅电极层14与源极、漏极均绝缘即可。
所述有机半导体层12为一有机复合材料层，该有机复合材料层包括一高分子基底122以及分散在所述高分子基底中的多个碳纳米管121，所述高分子基底122的弹性模量为0.1兆帕至10兆帕。故，该有机复合材料层具有很好的弹性，即，有机半导体层12具有很好的弹性。所述高分子基底122可以为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)、聚丙烯酸酯、聚酯、丁苯橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。本实施例中，所述高分子基底122为聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷的弹性模量为500千帕。所述碳纳米管121为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。当所述碳纳米管121为单壁碳纳米管时，其直径为0.5纳米至50纳米；当所述碳纳米管121为双壁碳纳米管时，其直径为1纳米至50纳米；当所述碳纳米管121为多壁碳纳米管时，其直径为1纳米至200纳米。
所述有机复合材料层为半导体性。所述有机复合材料层中，碳纳米管121占该有机复合材料层的质量百分含量为0.1％至1％，本实施例中，所述碳纳米管121占该有机复合材料层的质量百分比含量为0.5％。
本实施例提供的有机薄膜晶体管在使用时，在栅极层14上施加一电压Vg，将源极接地，并在漏极上施加一电压Vds，栅极层14电压Vg在源极和漏极之间的沟道中产生电场，并在沟道表面处产生载流子。当Vg达到源极和漏极之间的开启电压时，源极与漏极之间的沟道导通，从而会在源极和漏极之间产生电流，电流由源极通过沟道流向漏极，从而使得有机薄膜晶体管处于开启状态。当有机薄膜晶体管处于开启状态并且未受外界压力时，有机半导体层12实际上具有很好的导电性，有机半导体层12的半导体性能很差。
当有机薄膜晶体管处于开启状态时，在所述栅极层14上施加一垂直于所述栅极层14的压力时，该压力会同样垂直作用于所述有机半导体层12上，所述有机半导体层12是由高分子基底122以及分散在所述高分子基底中的多个碳纳米管121组成，因而所述有机半导体层12具有很好的弹性。当有机半导体层12的表面均匀受到一压力时，有机半导体层12发生形变致使有机半导体层12中的碳纳米管144发生形变，从而使得碳纳米管121的带隙增大，进一步使得有机半导体层12的带隙增大，即，有机半导体层12的半导体性能增大，从而使有机薄膜晶体管的开关比逐渐增大。若有机半导体层12为P型半导体，当栅极层14电压为正时，源极和漏极之间的电流IDS可以被关断；当栅极层14电压为负时，源极和漏极之间的电流IDS不能被关断，源极和漏极之间仍有电流IDS通过；若有机半导体层12为N型半导体，当栅极层14电压为负时，源极和漏极之间的电流IDS可以被关断；当栅极层14电压为正时，源极和漏极之间的电流IDS不能被关断，源极和漏极之间仍有电流IDS通过。所述有机半导体层12为P型半导体是指高分子基底122中的碳纳米管121没有进行过处理，没有经过处理的碳纳米管121由于氧气吸附的原因而呈现P型，致使所述有机半导体层12为P型半导体。所述有机半导体层12为N型半导体是指高分子基底122中的碳纳米管121经过化学掺杂等处理而呈现N型，致使所述有机半导体层12为N型半导体。本实施例中，先将碳纳米管121在聚乙烯亚胺(PEI)溶液中浸泡，然后取出该碳纳米管121并分散于高分子基底122中而形成N型半导体层。
可以理解，当不存在外界压力时，有机薄膜晶体管中源极和漏极之间的沟道中有较大电流通过。当在有机半导体层12上施加一外界压力时，随着该压力的逐渐增大，有机半导体层12中碳纳米管121的形变量逐渐增大，所述碳纳米管121的带隙逐渐增大，有机半导体层12的带隙逐渐增大，有机薄膜晶体管的开关比逐渐增大，此时，当有机半导体层12为P型半导体，栅极层14电压为正时，源极和漏极之间的电流IDS可以被关断；当有机半导体层12为N型半导体，栅极层14电压为负时，源极和漏极之间的电流IDS可以被关断。即，当有机半导体层12为P型半导体同时栅极层14电压为正，以及有机半导体层12为N型半导体同时栅极层14电压为负时，可通过调控压力使有机薄膜晶体管中源极和漏极之间的电流IDS关断，从而使有机薄膜晶体管可更加广泛地应用于电子领域。
实施例5
本发明实施例5提供一应用于实施例4提供的有机薄膜晶体管的压力感测装置。
该压力感测装置包括一压力产生单元、一压力感测单元以及一感测结果表示单元，所述压力产生单元与所述压力感测单元连接并使所产生的压力垂直作用于所述有机薄膜晶体管中有机半导体层12上，所述感测结果表示单元与所述压力感测单元连接，用以收集所述压力感测单元因受到压力而产生的电流变化并转化为可观的信号。
可选择地，该有机薄膜晶体管具有一受压部，所述压力产生单元与所述压力感测单元连接并使所产生的压力垂直作用于该受压部，进而通过该受压部使压力垂直作用于所述有机半导体层12。所述压力产生单元可以是来自于固态、气态、液态或熔融态等各种形态物体所形成的压力，固态物体所形成的压力，比如，手指的按压、重物的按压、重物本身的重量等；气态物体所形成的压力，比如，气态环境的压力变化等；液态物体所形成的压力，比如，流体流动所形成的压力等；熔融态物体所形成压力，比如，熔融态金属的重量所形成的压力等。
下面仅以利用液态所形成的压力来调控有机薄膜晶体管为例，具体说明压力感测装置的使用，其它利用固态、气态、熔融态等物体所形成的压力来调控有机薄膜晶体管与之类似，这里不再赘述。
如图9所示，该压力感测装置中的压力来自于流体所形成的压力。该压力感测装置由实施例4提供的有机薄膜晶体管、封装层19、通道20及通过通道20的流体21组成，所述有机薄膜晶体管设置于通道20的外侧壁上，所述封装层19设置于有机薄膜晶体管中栅极层14与通道20外侧壁之间。Ⅰ为流体21的流动方向，Ⅱ为流体21的压力方向。所述通道20的材料不限，可以为高分子材料或金属等，比如，聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、钢等，只要可以使流体21通过的材料都可以制作为通道20。所述封装层19为一可选择部分，所述封装层19可以确保所述栅极层14与所述通道20之间电绝缘。所述封装层19的材料为柔性绝缘材料，如树脂或绝缘塑料等。本实施例中，所述封装层19的材料为绝缘塑料。
由于源极和漏极之间电流IDS与流体21的压力有关，因此通过源极和漏极之间电流IDS可以知道所施加的压力的大小。而压力与流体21的流速V的关系如下：
其中，P代表流体21的压强，ρ代表流体21的密度，g代表重力加速度，h代表流体21的垂直高度，V代表流体21的流速，Const代表常量。
因此，根据所施加压力的大小可以计算出流体21的流速V。即，根据源极和漏极之间电流IDS可以计算出流体21的流速V。
所述压力感测装置可广泛应用于水塔、无塔供水、锅炉气压及水位的自动控制系统中。
可以理解，本发明提供的有机薄膜晶体管可广泛应用于各种电子设备的按键、开关设备、医疗仪器、调节器、流体自控器以及工业控制和监测设备等领域。
与现有技术相比较，本发明提供的有机薄膜晶体管具有以下优点：其一、制备过程中无需生长Si3N4，制备工艺简单，成本低，适于大规模生产；其二、绝缘层的结构和材料比较单一，整体结构稳固、简单，生产率高，并且功能稳定，使用寿命长；其三、本发明提供的有机薄膜晶体管可以将源极与漏极之间的电流关断；其四、仅含有一层自图案化有机栅绝缘层15，相比于现有技术中的两层绝缘层，本发明的有机薄膜晶体管具有较薄的厚度；其五、当高分子基底层作为自图案化有机栅绝缘层15，半导体性碳纳米管作为有机半导体层12时，由于所述自图案化有机栅绝缘层15和有机半导体层12均具有很好的柔性，提高了有机薄膜晶体管的柔韧性，因而，本发明提供的有机薄膜晶体管可更好地应用于柔性的电子器件中。
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种有机薄膜晶体管，其特征在于，包括：
绝缘基板；
源漏电极层，其形成在所述绝缘基板上；
有机半导体层，其形成在所述源漏电极层上，包括高分子基底以及分散在所述高分子基底中的多个碳纳米管，所述高分子基底的弹性模量为0.1兆帕至10兆帕；
自图案化有机栅绝缘层，其形成在所述有机半导体层上；所述自图案化有机栅绝缘层内设置有第一过孔，所述第一过孔的纵向截面为第一梯形，且所述第一梯形的长底边位于朝向所述绝缘基板的一侧；
栅电极层，其形成在所述自图案化有机栅绝缘层上；
有机平坦化层，其形成在所述栅电极层上；所述有机平坦化层内设置有第二过孔，所述第二过孔的纵向截面为第二梯形，且所述第二梯形的长底边位于远离所述绝缘基板的一侧；所述第二过孔位于所述第一过孔之内；
像素电极，其通过有机平坦化层具有的第二过孔连接漏极且所述像素电极的上端部的外沿搭接在有机平坦化层的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管，其特征在于，所述源漏电极层包含有所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道。
3.根据权利要求2所述的一种有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机半导体层容置在所述沟道中，且所述有机半导体层的上端部的外沿分别搭接在源极和漏极上，所述有机半导体层的厚度为40nm～100nm。
4.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管，其特征在于，所述自图案化有机栅绝缘层的厚度为50nm～900nm。
5.根据权利要求4所述的一种有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机平坦化层的厚度为1μm～2μm。
6.根据权利要求5所述的一种有机薄膜晶体管，其特征在于，所述第一梯形的短底边比所述第二梯形的长底边长1μm以上。
7.一种用于有机薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括：
形成依次包括绝缘基板、源漏电极层、有机半导体层、自图案化有机栅绝缘层、栅电极层和有机平坦化层在内的多层结构；同时在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔，第一过孔的纵向截面为第一梯形，且所述第一梯形的长底边位于朝向所述绝缘基板的一侧，在所述有机平坦化层内形成第二过孔，第二过孔的纵向截面为第二梯形，且所述第二梯形的长底边位于远离所述绝缘基板的一侧，且所述有机平坦化层内的第二过孔位于自图案化有机栅绝缘层内的第一过孔之内；并在所述有机平坦化层内的第二过孔中形成像素电极，
其中，所述有机半导体层包括高分子基底以及分散在所述高分子基底中的多个碳纳米管，所述高分子基底的弹性模量为0.1兆帕至10兆帕，所述高分子基底中的碳纳米管经过化学掺杂处理。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：
提供绝缘基板；
在所述绝缘基板上形成源漏电极层；该源漏电极层包含所述有机薄膜晶体管的源极、漏极以及位于所述源极和漏极之间的沟道；所述源极和漏极的表面进行了自组装处理；
在所述源漏电极层上形成有机半导体层；
在所述有机半导体层上形成自图案化有机栅绝缘层；在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔；
在所述自图案化有机栅绝缘层上形成栅电极层；
在所述栅电极层上形成有机平坦化层；在所述有机平坦化层内形成第二过孔，所述第二过孔位于所述第一过孔之内；
在所述有机平坦化层内的第二过孔中形成像素电极，使像素电极与所述漏极相连。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过蒸镀或喷墨打印的方法在所述源漏电极层上形成有机半导体层；所述有机半导体层容置在所述沟道中且所述有机半导体层的上端部的外沿分别搭接在源极和漏极上，所述有机半导体层的厚度为40nm～100nm。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，通过旋涂或喷墨打印的方法在所述有机半导体层上形成自图案化有机栅绝缘层；所述自图案化有机栅绝缘层的厚度为50nm～900nm；所述自图案化有机栅绝缘层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮或环氧树脂；
通过曝光显影在所述自图案化有机栅绝缘层内形成第一过孔；
通过曝光显影在所述有机平坦化层内形成第二过孔。
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