CN107068864B - 有机薄膜晶体管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种有机薄膜晶体管的制作方法，包括：在金属基板的表面形成石墨烯层；覆盖有机溶液于所述石墨烯层的表面，并加热所述石墨烯层以在所述石墨烯层表面形成有机半导体纳米线；转移所述有机半导体纳米线至目标基板。在金属基板表面大规模形成石墨烯层，以石墨烯层为基底大规模生长有机半导体纳米线(单晶半导体)，有机半导体纳米线转印于目标基板后形成有机薄膜晶体管的有机半导体层，大面积的金属基板表面可以一次性形成大量的有机半导体纳米线，可以快速、高质量的将金属基板的有机半导体纳米线大规模的转移到目标基板，降低制作过程耗时，满足大规模生产需求，显示设备的产能高，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种有机薄膜晶体管的制作方法。
背景技术
随着显示技术的不断进步，柔性显示装置逐渐步入市场，柔性显示设备新颖的外观对用户具有极大的吸引力。薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)位于柔性显示设备的阵列基板上，并且是控制有机发光二极体(Organic Light Emitting Diode，OLED)工作的重要器件，有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor，OTFT)是利用有机材料制作而成的薄膜晶体管，相较于基于低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)TFT或铟镓锌氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)TFT的柔性OLED显示装置，基于OTFT的柔性OLED显示装置由于采用了柔性远强于无机材料(硅半导体或金属氧化物半导体)的有机材料，不会出现经过多次弯折后发生裂纹的情况，大幅提高了柔性显示装置耐受弯折的能力，故OTFT良好的弯折特性使它在柔性显示领域能够取代无机TFT。
现有技术中，OTFT的制作采用真空沉淀或溶液处理的方式，制作过程耗时较长，生产规模小，受到制作工艺和设备的限制导致无法进行大规模生产，导致显示设备的产能低，增加了生产成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有机薄膜晶体管的制作方法，用以解决现有技术中OTFT的制作受到制作工艺和设备的限制导致无法进行大规模生产，导致显示设备的产能低，增加了生产成本的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种有机薄膜晶体管的制作方法，包括：
在金属基板的表面形成石墨烯层；
覆盖有机溶液于所述石墨烯层的表面，并加热所述石墨烯层以在所述石墨烯层表面形成有机半导体纳米线；
转移所述有机半导体纳米线至目标基板。
进一步，所述“在金属基板的表面形成石墨烯层”的步骤包括：采用甲烷气体和氢气在不低于1000℃的环境温度下化学气相沉积于所述金属基板的表面，所述金属基板为铜基板。
进一步，所述有机溶液为9,10-双苯乙炔基蒽和二甲基甲酰胺的混合溶液。
进一步，所述有机溶液中，9,10-双苯乙炔基蒽的浓度为0.004摩尔/升至0.012摩尔/升。
进一步，所述加热所述石墨烯层的温度不高于50℃，加热时间不少于48小时。
进一步，转移所述有机半导体纳米线时，多个所述有机半导体纳米线同时以转印方式形成一个有机半导体纳米线组，每个所述有机半导体纳米线组对应一对源极和漏极。
进一步，所述转印方式为卷对卷转印或卷对面转印。
进一步，所述目标基板包括依次形成层叠设置的栅极电极、栅极绝缘层、源极及漏极。
进一步，所述目标基板包括依次层叠设置的栅极电极及栅极绝缘层；在所述“转移所述有机半导体纳米线至目标基板”步骤之后，所述方法还包括在所述有机半导体纳米线背离所述栅极绝缘层一侧形成源极和漏极。
进一步，在所述“转移所述有机半导体纳米线至目标基板”步骤之后，所述方法还包括蚀刻所述有机半导体纳米线以形成半导体沟道。
本发明的有益效果如下：在金属基板表面大规模形成石墨烯层，以石墨烯层为基底大规模生长有机半导体纳米线(单晶半导体)，有机半导体纳米线转印于目标基板后形成有机薄膜晶体管的有机半导体层，大面积的金属基板表面可以一次性形成大量的有机半导体纳米线，卷对卷、卷对面等转印技术成熟，可以快速、高质量的将金属基板的有机半导体纳米线大规模的转移到目标基板，降低制作过程耗时，满足大规模生产需求，显示设备的产能高，降低了生产成本。
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明显变形方式。
图1为本发明实施例提供的有机薄膜晶体管的制作方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的有机薄膜晶体管的制作方法的步骤S102的示意图。
图3为本发明实施例提供的有机薄膜晶体管的制作方法的步骤S103的示意图。
图4为本发明实施例提供的目标基板的俯视图。
图5和图6为本发明实施例提供的有机薄膜晶体管的制作方法制作的有机薄膜晶体管的结构示意图。
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。
图1为本发明实施例提供的有机薄膜晶体管的制作方法的流程图，如图所示，本发明实施例提供的有机薄膜晶体管的制作方法包括如下步骤：
S101、在金属基板10的表面形成石墨烯层12。
本实施例采用化学气相沉积的方式在金属基板10的表面形成石墨烯层12，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。本实施例中，利用化学气相沉积的方法，在反应室内通入两种反应气体，以使反应室内的金属基板10表面形成石墨烯层12(石墨烯薄膜)。石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。具体的，金属基板10使用铜材料制成的基板，铜基板化学性质较稳定，不易与反应气体发生化学反应，并且铜基板热传导性好，在高温反应室中可以形成均匀的石墨烯薄膜。进一步的，使用的气体为甲烷气体(CH4)和氢气(H2)，并且反应室设定温度不低于1000℃，一种较佳的实施方式中，反应室内的环境温度为1035℃时反应效果最佳。本实施例中，通入反应室的甲烷气体和氢气的体积比为2:1，此时在铜基板形成石墨烯薄膜效果最佳。
由于金属基板10表面形成石墨烯层12，石墨烯层12的面积取决于金属基板10的尺寸和通入反应室的反应气体的量，故理论上可以通过增大金属基板10尺寸和增加反应气体的量提高石墨烯层12的面积，大面积的石墨烯层12可以在后续提供大量的有机半导体纳米线14，以大规模生产有机薄膜晶体管，可以满足大规模生产的要求，提高生产效率，节约产能，降低生产成本。
S102、覆盖有机溶液于石墨烯层12的表面，并加热石墨烯层12以在石墨烯层12表面形成有机半导体纳米线14。
请参阅图2，有机溶液均匀滴落并涂布于石墨烯层12表面后，将包括石墨烯层12的金属基板10置于烤箱中加热，并保持一段时间后，溶剂蒸发，石墨烯层12表面形成垂直于金属基板10的有机半导体纳米线14，进一步的，有机半导体纳米线14的数量为多个，并且阵列分布于石墨烯层12表面。
本实施例中，有机溶液为9,10-双苯乙炔基蒽(BPEA)和二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液。9,10-双苯乙炔基蒽的分子式是C30H18，二甲基甲酰胺的分子式是C3H7NO。进一步的，有机溶液中，9,10-双苯乙炔基蒽的浓度决定了金属基板10上生长的有机半导体纳米线14的长度，具体的，9,10-双苯乙炔基蒽的浓度为0.004mol/L～0.012mol/L，对应获得的有机半导体纳米线14的长度a为7μm～15μm。故通过调整有机溶液中的9,10-双苯乙炔基蒽的浓度获得不同长度的有机半导体纳米线14，从而制作不同规格的有机薄膜晶体管，满足不同显示设备的设计需求。
本实施例中，加热石墨烯层12的温度不高于50℃，加热时间不少于48小时。具体的，加热温度设置为50℃，加热时间设置为48小时，可以充分蒸发有机溶液，形成足量的有机半导体纳米线14。
大尺寸的金属基板10提供了大面积的石墨烯层12，大面积的石墨烯层12可以形成大量的有机半导体纳米线14，以大规模制作有机薄膜晶体管，实现大规模生产。具体的，由于石墨烯层12以金属基板10为基材并形成于金属基板10的表面，则增大金属基板10的尺寸，可以通过一次化学气相沉积在金属基板10的表面形成石墨烯层12的面积越大，从而在石墨烯层12形成的有机半导体纳米线14的数量越多，即增大金属基板10的尺寸，只通过一次步骤S101和S102可以形成大量的有机半导体纳米线14。后续有机半导体纳米线14通过转印方式转移到目标基板，目标基板表面形成有机薄膜晶体管后，经过切割得到目标尺寸的显示器面板，增大目标基板的尺寸可以切割得到更多的显示器面板。增大目标基板的尺寸需要提供更多的有机半导体纳米线14，从而转印时对应需要大尺寸的金属基板10。即增大金属基板10尺寸可以为目标基板提供更多的有机半导体纳米线14，从而在一块目标基板上同时形成更多的显示器面板，增大了生产效率，适合大规模生产。
S103、转移有机半导体纳米线14至目标基板20。
请同时参阅图3，本实施例中，有机半导体纳米线14以转印的方式转移到目标基板20，目标基板20为组成显示器的显示基板，本实施例使用的转印方式为卷对卷(Roll-to-Roll)转印或卷对面(Roll-to-Sheet)转印。卷对卷制程是一种高效能、低成本的连续生产方式，处理的对象物是一种具可挠曲性质的薄膜，软板的材质种类有塑料或厚度小于0.1mm之不锈钢金属薄板等。软板从圆筒状的料卷卷出后，在软板上加入特定用途的功能或在软板表面加工，然后再一次把软板卷成圆筒状或直接成品裁切，具体包括卷出(Unwind)、加工(Process)、卷取(Rewind)、裁切(Cutting)等过程。结合卷对卷制程在软板表面进行加工的方式包括精密压印(Embossing)、贴合(Laminate)、镀膜(Coating)、印刷(Printing)等几种主要的制程技术。本实施例中，目标基板20即为软板，目标基板20为柔性显示器的主要支承器件，薄膜晶体管、有机发光体等原件均设置于目标基板20上。目标基板20卷出后进行加工，加工过程即将金属基板10表面的有机半导体纳米线14通过压印或贴合的方式转移到目标基板20上。具体的，有机半导体纳米线14面对目标基板20，并且保持金属基板10倾斜于目标基板20，将有机半导体纳米线14背离石墨烯层12的一端先接触目标基板20，再将有机半导体纳米线14的长度方向从背离石墨烯层12的一端开始至连接石墨烯层12的一端依次贴附到目标基板20上。本步骤将垂直于金属基板10的大量有机半导体纳米线14快速的倾倒并转移到目标基板20形成有机薄膜晶体管的有机半导体层142，满足大规模生产有机薄膜晶体管的需求。
结合图4，转移到目标基板20上的有机半导体纳米线14长度方向平行于目标基板20表面。进一步的，转印有机半导体纳米线14时，多个有机半导体纳米线14同时转印形成一个有机半导体纳米线组140，每个有机半导体纳米线组140对应一对源极502和漏极504。本实施例中，每个有机半导体纳米线组140包括四条平行排列的有机半导体纳米线14，多个有机半导体纳米线组140阵列排列，每个有机半导体纳米线组140对应连接一对源极502和漏极504，即每个有机半导体纳米线组140对应形成一个有机薄膜晶体管。通过改变每个有机半导体纳米线组140的有机半导体纳米线14的数量可以在目标基板20形成不同的有机半导体层142，从而制作不同规格的有机薄膜晶体管，满足生产需求，提高生产效率。
一种实施方式中，在有机半导体纳米线14转移到目标基板20之前，目标基板20上先依次形成层叠设置的栅极电极30、栅极绝缘层40、源极502及漏极504。具体的，栅极电极30采用导电材料制成，栅极绝缘层40为绝缘材料，以隔绝栅极电极30和有机半导体层142，一种较佳的实施方式中，栅极绝缘层40为有机材料制成，以提高柔性显示设备的柔软性。目标基板20上形成有机半导体层142后，制备的有机薄膜晶体管结构如图5所示。进一步的，本方式形成的有机薄膜晶体管为底连接式有机薄膜晶体管(button contact OTFT)。底连接式有机薄膜晶体管制程简单，且可以部分保护源极502及漏极504。
另一种实施方式中，在有机半导体纳米线14转移到目标基板20之前，目标基板20上先依次形成层叠设置的栅极电极30、栅极绝缘层40，在有机半导体纳米线14转移到目标基板20之后，在有机半导体纳米线14背离栅极绝缘层40一侧形成源极502及漏极504。具体的，栅极电极30采用导电材料制成，栅极绝缘层40为绝缘材料，以隔绝栅极电极30和有机半导体层142，一种较佳的实施方式中，栅极绝缘层40为有机材料制成，以提高柔性显示设备的柔软性。目标基板20上形成有机半导体层142后，制备的有机薄膜晶体管结构如图6所示。进一步的，本方式形成的有机薄膜晶体管为顶连接式有机薄膜晶体管(top contactOTFT)。顶连接式有机薄膜晶体管制程简单。
本实施例中，将有机半导体纳米线14转移到目标基板20形成有机半导体层142之后，将对目标基板20上的有机半导体纳米线14(有机半导体层142)进行蚀刻，形成半导体沟道。沟道是半导体中由于外加电场引起的沿长度方向的导电层，用于连接源极502及漏极504。进一步的，设计沟道的方向沿着有机半导体纳米线14长度方向，以连接位于有机半导体纳米线14两端的源极502及漏极504。
在金属基板10表面大规模形成石墨烯层12，以石墨烯层12为基底大规模生长有机半导体纳米线14(单晶半导体)，有机半导体纳米线14转印于目标基板20后形成有机薄膜晶体管的有机半导体层142，大面积的金属基板10表面可以一次性形成大量的有机半导体纳米线14，卷对卷、卷对面等转印技术成熟，可以快速、高质量的将金属基板10的有机半导体纳米线14大规模的转移到目标基板20，降低制作过程耗时，满足大规模生产需求，显示设备的产能高，降低了生产成本。
以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
采用甲烷气体和氢气在不低于1000℃的环境温度下化学气相沉积于金属基板的表面，形成石墨烯层；
覆盖有机溶液于所述石墨烯层的表面，并加热所述石墨烯层以在所述石墨烯层表面形成有机半导体纳米线，所述有机溶液为9,10-双苯乙炔基蒽和二甲基甲酰胺的混合溶液，所述有机溶液中，9,10-双苯乙炔基蒽的浓度为0.004摩尔/升至0.012摩尔/升，所述加热所述石墨烯层的温度不高于50℃，加热时间不少于48小时；
转移所述有机半导体纳米线至目标基板。
2.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，转移所述有机半导体纳米线时，多个所述有机半导体纳米线同时以转印方式形成一个有机半导体纳米线组。
3.根据权利要求2所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述转印方式为卷对卷转印或卷对面转印。
4.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述目标基板包括依次形成层叠设置的栅极电极、栅极绝缘层、源极及漏极。
5.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述目标基板包括依次层叠设置的栅极电极及栅极绝缘层；在所述“转移所述有机半导体纳米线至目标基板”步骤之后，所述方法还包括在所述有机半导体纳米线背离所述栅极绝缘层一侧形成源极和漏极。
6.根据权利要求4或5所述的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，在所述“转移所述有机半导体纳米线至目标基板”步骤之后，所述方法还包括蚀刻所述有机半导体纳米线以形成半导体沟道。
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