CN106953011A - 垂直沟道有机薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管及其制作方法。所述垂直沟道有机薄膜晶体管包括：环形的有机半导体层、分别与所述环形的有机半导体层上下两侧接触的环形的漏极和环形的源极、以及设于所述环形的有机半导体层的内环内部且与所述环形的有机半导体层绝缘间隔的栅极，可通过改变由溶液法制作的有机半导体层的厚度来改变薄膜晶体管的有效导电沟道长度，进而使得短沟道图形的定义不再依赖于高精度的曝光和刻蚀设备，能够降低制程难度和生产成本，同时环形的电极结构可节省薄膜晶体管的平面空间，增加薄膜晶体管的适用场景，提升电路设计的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种垂直沟道有机薄膜晶体管及其制作方法。
背景技术
随着显示技术的发展，包括液晶显示器件(Liquid Crystal Display，LCD)及有机发光二极管显示器件(Organic Light Emitting Display，OLED)在内的各种平板显示器件因具有高画质、省电、机身薄及应用范围广等优点，而被广泛的应用于手机、电视、个人数字助理、数字相机、笔记本电脑、台式计算机等各种消费性电子产品，成为显示装置中的主流。
薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是平板显示器件中常用的一种电子开关元件，通常由栅极、有源层、间隔所述栅极和有源层的栅极绝缘层、以及分别与有源层接触的间隔分布的源极和漏极构成。根据栅极位置的不同，薄膜晶体管可分为底栅结构和顶栅结构，再根据源极和漏极、以及有源层的位置次序不同，薄膜晶体管还可分为底接触电极结构和顶接触电极结构。因而，常见的薄膜晶体管的结构包含四种：底栅底接触电极结构、底栅顶接触电极结构、顶栅底接触电极结构及顶栅顶接触电极结构。
在上述的四种结构中，源极与漏极均位于同一膜层上，各个薄膜晶体管的有效导电沟道长度都是由源极与漏极的之间的沟道在水平方向上的长度决定，此时沟道的长度越小，对于真空设备的尤其是曝光及和刻蚀设备的精度要求也越高，相应的设备采购费用及制程难度也越高，尤其是当显示面板阵列中薄膜晶体管的沟道设计尺寸在一微米甚至微米级以下时，对制程精度的控制将是非常严峻的考验。
有机薄膜晶体管(Organic Thin-film Transistors，OTFT)是采用有机半导体材料作为有源层的一种薄膜晶体管。与传统硅材料的薄膜晶体管相比，有机薄膜晶体管具有可通过溶液法低温加工、重量轻、可大面积集成以及兼容柔性基板等优点，目前已被应用于各种显示设备中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管，能够降低短沟道图形的制作难度和制作成本，节省薄膜晶体管的平面空间。
本发明的目的还在于提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，能够降低短沟道图形的制作难度和制作成本，节省薄膜晶体管的平面空间。
为实现上述目的，本发明提供了一种垂直沟道有机薄膜晶体管，包括：基板、设于所述基板上的环形的源极、设于所述源极以及所述源极的内圆内部的部分基板上的环形的有机半导体层、覆盖所述基板、源极和有机半导体层的绝缘层、贯穿所述有机半导体层上的绝缘层的环形的过孔、设于所述环形的过孔中并与所述有机半导体层接触的环形的漏极、及设于所述有机半导体层的内圆内部的绝缘层上的栅极。
所述源极、有机半导体层、漏极、以及栅极的圆心相同。
所述有机半导体层采用溶液法制备。
所述垂直沟道有机薄膜晶体管应用于柔性平板显示器件。
所述有机半导体层的材料为小分子型有机半导体材料或聚合物型有机半导体材料。
本发明还提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，包括如下步骤：
步骤1、提供一基板，在所述基板上形成环形的源极；
步骤2、在所述源极以及所述源极的内圆内部的部分基板上形成环形的有机半导体层；
步骤3、在所述基板、源极和有机半导体层上沉积绝缘层，对所述绝缘层进行图案化工艺形成贯穿所述有机半导体层上的绝缘层的环形的过孔；
步骤4、在所述环形的过孔中形成环形的漏极，所述漏极与所述有机半导体层接触；
步骤5、在所述有机半导体层的内圆内部的绝缘层上形成栅极。
所述步骤2中采用溶液法制作所述有机半导体层，具体过程包括：在所述基板和源极上涂布或者旋涂有机半导体材料溶液，烘烤固化后得到一有机半导体材料薄膜，再对所述有机半导体材料薄膜进行图案化后得到有机半导体层。
所述步骤2中通过对所述有机半导体材料薄膜依次进行曝光、显影、以及蚀刻制程完成所述有机半导体材料薄膜的图案化。
所述有机半导体层的材料为小分子型有机半导体材料或聚合物型有机半导体材料。
所述步骤1具体为：在所述基板上沉积第一金属薄膜，接着图案化所述第一金属薄膜得到环形的源极；
所述步骤4具体为：在所述绝缘层上沉积第二金属薄膜，接着图案化所述第二金属薄膜得到环形的漏极；
所述步骤5具体为：在所述绝缘层上沉积第三金属薄膜，接着图案化所述第三金属薄膜得到栅极。
本发明的有益效果：本发明提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管，包括：环形的有机半导体层、分别与所述环形的有机半导体层上下两侧接触的环形的漏极和环形的源极、以及设于所述环形的有机半导体层的内环内部且与所述环形的有机半导体层绝缘间隔的栅极，可通过改变由溶液法制作的有机半导体层的厚度来改变薄膜晶体管的有效导电沟道长度，进而使得短沟道图形的定义不再依赖于高精度的曝光和刻蚀设备，能够降低制程难度和生产成本，同时环形的电极结构可节省薄膜晶体管的平面空间，增加薄膜晶体管的适用场景，提升电路设计的灵活性。本发明还提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，能够降低短沟道图形的制作难度和制作成本，节省薄膜晶体管的平面空间。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤1的剖面图；
图2为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤1的俯视图；
图3为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤2的剖面图；
图4为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤2的俯视图；
图5为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤3的剖面图；
图6为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤3的俯视图；
图7为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤4的剖面图；
图8为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤4的俯视图；
图9为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤5的剖面图暨本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的剖面图；
图10为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的步骤5的俯视图暨本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的俯视图；
图11为本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图9和图10，本发明提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管，包括：基板1、设于所述基板1上的环形的源极2、设于所述源极2以及所述源极2的内圆内部的部分基板1上的环形的有机半导体层3、覆盖所述基板1、源极2和有机半导体层3的绝缘层4、贯穿所述有机半导体层3上的绝缘层4的环形的过孔41、设于所述环形的过孔41中并与所述有机半导体层3接触的环形的漏极5、及设于所述有机半导体层3的内圆内部的绝缘层4上的栅极6。
具体地，所述源极2、有机半导体层3、漏极5、以及栅极6的圆心相同，其中，源极2的外径大于所述有机半导体层3的外径，所述有机半导体层3的内径小于所述源极2的内径，所述栅极6的俯视图呈圆形。
具体地，所述有机半导体层3采用溶液法制备，具体制作过程可以为：在所述基板1和源极2上涂布或者旋涂有机半导体材料溶液，烘烤固化后得到一有机半导体材料薄膜，再对所述有机半导体材料薄膜进行图案化后得到有机半导体层3。
进一步地，所述有机半导体层3的材料可以为小分子型有机半导体材料或聚合物型有机半导体材料，详细地，所述小分子型有机半导体材料可以为并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物或花菁，所述聚合物型有机半导体材料可以为聚乙炔型、聚芳环型或共聚物型的聚合物材料。
值得一提的是，所述垂直沟道有机薄膜晶体管可应用于包括柔性OLED显示装置在内的柔性平板显示器件，以充分发挥有机薄膜晶体管的特性。
需要说明的是，在本发明中所述环形的漏极5和环形的源极2分别位于有机半导体层3上下两侧，从而可通过改变由溶液法制作的有机半导体层3的厚度来改变薄膜晶体管的有效导电沟道长度，进而使得短沟道图形的定义不再依赖于高精度的曝光和刻蚀设备，能够降低制程难度和生产成本，同时环形的电极结构可节省薄膜晶体管的平面空间，增加薄膜晶体管的适用场景，提升电路设计的灵活性。
请参阅图11，本发明还提供一种上述垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，包括如下步骤：
步骤1、请参阅图1和图2，提供一基板1，在所述基板1上形成环形的源极2。
具体地，所述基板1为玻璃基板，所述源极2的材料为铝、钼及铜等金属中的一种或多种的组合。所述步骤1具体为：在所述基板1上沉积第一金属薄膜，接着图案化所述第一金属薄膜得到环形的源极2。
步骤2、请参阅图3和图4，在所述源极2以及所述源极2的内圆内部的部分基板1上形成环形的有机半导体层3。
具体地，所述步骤2中采用溶液法制作所述有机半导体层3，具体过程包括：在所述基板1和源极2上涂布或者旋涂有机半导体材料溶液，烘烤固化后得到一有机半导体材料薄膜，再对所述有机半导体材料薄膜进行图案化后得到有机半导体层3。
进一步地，所述步骤2中通过对所述有机半导体材料薄膜依次进行曝光、显影、以及蚀刻制程完成所述有机半导体材料薄膜的图案化。
具体地，所述有机半导体层3的材料可以为小分子型有机半导体材料或聚合物型有机半导体材料，详细地，所述小分子型有机半导体材料可以为并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物或花菁，所述聚合物型有机半导体材料可以为聚乙炔型、聚芳环型或共聚物型的聚合物材料。
步骤3、请参阅图5和图6，在所述基板1、源极2和有机半导体层3上沉积绝缘层4，对所述绝缘层4进行图案化工艺形成贯穿所述有机半导体层3上的绝缘层4的环形的过孔41。
优选地，所述绝缘层4的材料为有机介电材料。
步骤4、请参阅图7和图8，在所述环形的过孔41中形成环形的漏极5，所述漏极5与所述有机半导体层3接触。
具体地，所述步骤4具体为：在所述绝缘层4上沉积第二金属薄膜，接着图案化所述第二金属薄膜得到环形的漏极5；所述漏极5的材料为铝、钼及铜等金属中的一种或多种的组合。
需要说明的，所述环形的漏极5和环形的源极2分别位于有机半导体层3上下两侧，从而可通过改变由溶液法制作的有机半导体层3的厚度来改变薄膜晶体管的有效导电沟道长度，进而使得短沟道图形的定义不再依赖于高精度的曝光和刻蚀设备，能够降低制程难度和生产成本，同时环形的电极结构可节省薄膜晶体管的平面空间，增加薄膜晶体管的适用场景，提升电路设计的灵活性。
步骤5、请参阅图9和图10，在所述有机半导体层3的内圆内部的绝缘层4上形成栅极6。
具体地，所述步骤5具体为：在所述绝缘层4上沉积第三金属薄膜，接着图案化所述第三金属薄膜得到栅极6。所述栅极6的材料为铝、钼及铜等金属中的一种或多种的组合。
进一步地，所述源极2、有机半导体层3、漏极5、以及栅极6的圆心相同，其中，源极2的外径大于所述有机半导体层3的外径，所述有机半导体层3的内径小于所述源极2的内径，所述栅极6的俯视图呈圆形。
可以理解的是，基于上述的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，本发明还可以衍生出一种阵列基板的制作方法，其与上述垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法的区别在于：在制作源极2的同时，还在基板1上形成与所述源极2间隔分布的电容下电极板；在制作漏极5的同时，还在电容下电极板上的绝缘层4上形成电容上电极板，所述电容上电极板通过一贯穿绝缘层4的过孔与所述源极2外圆的边缘接触；在栅极6制作完成后，还在所述栅极6、绝缘层4、漏极5、以及电容上电极板上覆盖钝化层，在钝化层上覆盖平坦层，最后在平坦层上形成像素电极，所述像素电极通过贯穿钝化层和平坦层的通孔与所述漏极5接触；其余均与本发明的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法相同，此处不再赘述。
值得一提的是，所述垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法制得的垂直沟道有机薄膜晶体管可应用于包括柔性OLED显示装置在内的柔性平板显示器件，以充分发挥有机薄膜晶体管的特性。
综上所述，本发明提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管，包括：环形的有机半导体层、分别与所述环形的有机半导体层上下两侧接触的环形的漏极和环形的源极、以及设于所述环形的有机半导体层的内环内部且与所述环形的有机半导体层绝缘间隔的栅极，可通过改变由溶液法制作的有机半导体层的厚度来改变薄膜晶体管的有效导电沟道长度，进而使得短沟道图形的定义不再依赖于高精度的曝光和刻蚀设备，能够降低制程难度和生产成本，同时环形的电极结构可节省薄膜晶体管的平面空间，增加薄膜晶体管的适用场景，提升电路设计的灵活性。本发明还提供一种垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，能够降低短沟道图形的制作难度和制作成本，节省薄膜晶体管的平面空间。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种垂直沟道有机薄膜晶体管，其特征在于，包括：基板(1)、设于所述基板(1)上的环形的源极(2)、设于所述源极(2)以及所述源极(2)的内圆内部的部分基板(1)上的环形的有机半导体层(3)、覆盖所述基板(1)、源极(2)和有机半导体层(3)的绝缘层(4)、贯穿所述有机半导体层(3)上的绝缘层(4)的环形的过孔(41)、设于所述环形的过孔(41)中并与所述有机半导体层(3)接触的环形的漏极(5)、及设于所述有机半导体层(3)的内圆内部的绝缘层(4)上的栅极(6)。
2.如权利要求1所述的垂直沟道有机薄膜晶体管，其特征在于，所述源极(2)、有机半导体层(3)、漏极(5)、以及栅极(6)的圆心相同。
3.如权利要求1所述的垂直沟道有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机半导体层(3)采用溶液法制备。
4.如权利要求1所述的垂直沟道有机薄膜晶体管，其特征在于，所述垂直沟道有机薄膜晶体管应用于柔性平板显示器件。
5.如权利要求1所述的垂直沟道有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机半导体层(3)的材料为小分子型有机半导体材料或聚合物型有机半导体材料。
6.一种垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、提供一基板(1)，在所述基板(1)上形成环形的源极(2)；
步骤2、在所述源极(2)以及所述源极(2)的内圆内部的部分基板(1)上形成环形的有机半导体层(3)；
步骤3、在所述基板(1)、源极(2)和有机半导体层(3)上沉积绝缘层(4)，对所述绝缘层(4)进行图案化工艺形成贯穿所述有机半导体层(3)上的绝缘层(4)的环形的过孔(41)；
步骤4、在所述环形的过孔(41)中形成环形的漏极(5)，所述漏极(5)与所述有机半导体层(3)接触；
步骤5、在所述有机半导体层(3)的内圆内部的绝缘层(4)上形成栅极(6)。
7.如权利要求6所述的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤2中采用溶液法制作所述有机半导体层(3)，具体过程包括：在所述基板(1)和源极(2)上涂布或者旋涂有机半导体材料溶液，烘烤固化后得到一有机半导体材料薄膜，再对所述有机半导体材料薄膜进行图案化后得到有机半导体层(3)。
8.如权利要求7所述的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤2中通过对所述有机半导体材料薄膜依次进行曝光、显影、以及蚀刻制程完成所述有机半导体材料薄膜的图案化。
9.如权利要求6所述的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述有机半导体层(3)的材料为小分子型有机半导体材料或聚合物型有机半导体材料。
10.如权利要求6所述的垂直沟道有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤1具体为：在所述基板(1)上沉积第一金属薄膜，接着图案化所述第一金属薄膜得到环形的源极(2)；
所述步骤4具体为：在所述绝缘层(4)上沉积第二金属薄膜，接着图案化所述第二金属薄膜得到环形的漏极(5)；
所述步骤5具体为：在所述绝缘层(4)上沉积第三金属薄膜，接着图案化所述第三金属薄膜得到栅极(6)。
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