CN1768437A - 有机薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种有机薄膜晶体管，包含有机衬底、栅电极、栅绝缘膜、有机半导体膜、源电极和漏电极，且在有机薄膜晶体管中，与栅绝缘膜接触的栅电极平均表面粗糙度Ra为0.1－15nm。这种有机薄膜晶体管，即使其用作栅电极的导体膜制作在形状不固定、平整度比硅晶片差的衬底上，如玻璃环氧树脂衬底上，也能具有稳定的性能特性。

Description

有机薄膜晶体管及其制作方法

技术领域

本发明涉及到使用有机半导体材料的有机薄膜晶体管及其制作方法。

背景技术

近年来，使用有机半导体材料的薄膜晶体管(此后称为“有机薄膜晶体管”)的开发在加速进行。使用有机材料，工艺温度降低了。因此，预期可在大面积上廉价制作晶体管。有机薄膜晶体管预计会用作薄显示器和电子纸、射频识别卡(RF-ID)、IC卡等的驱动电路。已有几篇技术评述文章(例如参见，C.D.Dimitrakopoulos，et al.“Organic Thin Film Transistors for Large Area Electronics”，Advanced Material，2002，14，No.2，pp.99-117)。

图3表示一种有机薄膜晶体管结构的实例。参考数字301代表衬底；302～由导体膜制成的栅电极；303～栅绝缘膜；304～有机半导体膜；305～源电极；以及306～漏电极。

在图3中，例如，玻璃环氧树脂可用做衬底301。对于这种情形，栅电极302是将导体膜刻图形成栅电极的形状再用抛光进行平整处理而成的。栅绝缘膜、有机半导体膜、源电极和漏电极都制作在处理过的导体膜上，从而构成了有机薄膜晶体管。

为使有机薄膜晶体管工作，在源电极接地，漏电极施加漏极电压Vdd的条件下，对栅电极施加的电压要超过阈值电压Vth。此时，有机薄膜晶体管的电导率因栅极电场而改变，使得电流在源电极与漏电极间流动。因此，作为开关，就可根据栅压对源电极与漏电极间流动的电流进行通、断控制。

迄今，已报导了用Si晶片之外的材料作为衬底来制作有机薄膜晶体管的大量实例。然而，几乎没有迁移率超过0.1cm²/Vs的实例。例如，有报导称，当在Si晶片上用戊省(pentacene)作有机半导体膜来制作晶体管时，迁移率超过1cm²/Vs。然而，即使使用同样的戊省，当在PET上制作晶体管时，最高迁移率为0.05cm²/Vs。有报导称，在聚碳酸酯上制作晶体管时，迁移率为0.2cm²/Vs。这是一个例外，因为栅绝缘膜使用了高介电常数材料(例如参见，C.D.Dimitrakopoulos，et al.“Low-Voltage Organic Transistors on PlasticComprising High-Dielectric Constant Gate Insulators”，Science，1999，283，p.822)。可以想象，衬底表面的粗糙度是降低迁移率的一个因素，即使在使用同样的材料时。

在制作图3所示结构的有机薄膜晶体管时，栅电极表面的平整度是重要的。特别是，在用有机聚合物材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯作衬底时，其平整度比硅晶片差，或是用敷铜箔的玻璃环氧树脂作印刷电路基片时，就会出现问题。因为其表面粗糙度比硅晶片大10-1000倍，制作在栅电极上的栅绝缘膜在某些部位覆盖不良，而增加了栅极漏电。因此，不能得到充分的电场效应。此外，在某些部位栅绝缘膜的膜厚改变，就成为晶体管特性变化的因素。而且，在某些情形下，表面粗糙使迁移率降低。

在用Si晶片之外的材料作为衬底来制作工作特性稳定的有机薄膜晶体管时，需要一种工艺对制作栅绝缘膜的栅电极表面进行平整。作为一种平整工艺，已有广为人知的化学机械抛光(CMP)工艺，该工艺在Si技术中用于平面化绝缘膜而实现多层布线。然而，直接在形状不固定、表面平整度比硅晶片差的衬底，例如玻璃环氧树脂衬底上制作晶体管的方法中，还未充分寻找到在栅电极表面上获得所需表面粗糙度的方法。

发明内容

本发明的一个目的是对栅电极表面用抛光工艺进行平整的情形，确定使晶体管稳定工作所需的平整度等级。

本发明的另一个目的是提供一种技术，该技术将制作在形状不固定而平整度比硅晶片差的衬底如玻璃环氧树脂上的导体膜用作栅电极。

本发明还有一个目的是提供一种廉价的半导体器件，该器件使用大量具有稳定工作特性的晶体管。

对本发明集中进行研究后断定，下面的结构是合适的。

即，根据本发明，提供了一种有机薄膜晶体管，包含：有机衬底；栅电极；栅绝缘膜；有机半导体膜；源电极；以及漏电极，其中与栅绝缘膜接触的栅电极平均表面粗糙度Ra为0.1-15nm。

有机衬底材料优选地为玻璃环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、及聚酰亚胺之一。

而且，根据本发明，提供了一种有机薄膜晶体管的制作方法，有机薄膜晶体管包含有机衬底、栅电极、栅绝缘膜、有机半导体膜、源电极、以及漏电极，该方法包括以下步骤：制备有机衬底，在其表面上形成平整的栅电极；及在平整的栅电极上制作栅绝缘膜，其中平整栅电极的平均表面粗糙度Ra为0.1-15nm。

有机衬底材料优选地为玻璃环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、及聚酰亚胺之一。

而且，优选的是，采用溅射法制作平整的栅电极，或者有机薄膜晶体管的制作方法还包括栅电极的平整工艺步骤。

而且，优选的是，在进行平整时，至少进行化学机械抛光(CMP)、软腐蚀、以及抛光带处理工艺之一。

根据本发明，在使用有机半导体膜的有机薄膜晶体管中，与栅绝缘层接触的栅电极表面的平均表面粗糙度取为0.1-15nm。因此，在形状不固定、平整度比硅晶片差的衬底如由玻璃环氧树脂制成的衬底上制备的金属膜就可用作栅电极。

再者，还可以得到廉价的半导体器件，该器件使用大量工作特性稳定的晶体管。

由下面的描述结合附图将会明显地看到本发明的其他特点与优点，在附图中同样的参考符号代表同样的或相似的部分。

附图说明

作为此说明书一部分的附图，说明了本发明的各种实施方式，并与文字叙述一起用来说明本发明的原理。

图1为表示本发明一种有机薄膜晶体管结构的示意图。

图2为一薄膜的原子力显微镜(AFM)像，该薄膜包含用于本发明有机薄膜晶体管的栅电极。

图3为表示常规有机薄膜晶体管结构的示意图。

图4为表示本发明有机薄膜晶体管制作工艺过程的示意图。

图5为表示本发明有机薄膜晶体管制作工艺过程的示意图。

图6为表示本发明有机薄膜晶体管制作工艺过程的示意图。

图7为表示本发明有机薄膜晶体管制作工艺过程的示意图。

图8为表示本发明有机薄膜晶体管制作工艺过程的示意图。

图9为一比较实例中含栅电极的薄膜的原子力显微镜像。

图10表示测量的结果，这是在本发明的实例3中使用了没有进行处理的衬底(Toray Industries，Inc.)的情形。

图11表示测量的结果，这是在本发明的实例3中进行了软腐蚀处理的情形。

图12表示测量的结果，这是在本发明的实例3中进行了CMP的情形。

图13表示测量的结果，这是在本发明的实例3中进行了抛光带处理的情形。

图14表示测量的结果，这是在本发明的实例3中进行了CMP的情形。

图15表示本发明实例4的测量结果。

图16表示在本发明的实例4中，由UBE Industries，Ltd生产的UPISEL D衬底的测量结果。

图17表示本发明实例3和实例4的测量结果。

具体实施方式

现在将按照附图来详细描述本发明的优选实施方式。

对适用于在衬底上制作晶体管的栅电极表面平整度集中进行了研究，所用的衬底形状不固定且平整度差，例如玻璃环氧树脂衬底。研究发现，将栅电极表面的平均表面粗糙度取为0.1-15nm是有效的。即，发现了下面的结果。即使抛光前的表面粗糙度超出了此范围，如果进行处理使得抛光后的表面粗糙度达到此范围之内，就可得到足够好的晶体管特性。换言之，通过制备含平整栅电极的衬底，其表面粗糙度在上述范围内，就可得到足够好的晶体管特性。本发明就是根据此发现而做的。

在本发明中，平均表面粗糙度Ra是用Digital InstrumentsNanoscope III，offline menu manual Ver.4.4中所述的平均粗糙度(Ra)来定义的。

按照这种描述，相对于一个中心面上的三维平均粗糙度由下式(1)确定，

$\mathrm{Ra}=\frac{\mathrm{\Σ}|\mathrm{Zi}-\mathrm{Zcp}|}{N}---\left(1\right)$

其中N：数据点的数目

Zi：每个数据点处的Z值

Zcp：中心面的Z值。

中心面表示一个面，该中心面的位置使其包围的区域产生一容积，且中心面前侧的表面形状和与之相对的后侧表面形状变得一样。

对于三维表面形式还没有提供如二维式表面形式那样的粗糙度评估指标JIS。即使对于用白光干涉仪(Zygo产品等)或用激光的表面形状观测设备的情形，由不同的公司提出了写作Ra的指标。用不同的测量仪器对同一样品的同一表面测得的指标Ra并不总是一致的。然而，即使在改变测量方法时，也得到了基本一致的数值，使得用Ra作为指标能满足要求。此外，此指标与由JIS B-0601定义的算术平均粗糙度Ra是兼容的。

图1表示本发明有机薄膜晶体管的一种结构实例。参考数字101代表衬底；102，由导体膜制成的栅电极；103，栅绝缘膜；104，有机半导体膜；105，源电极；以及106，漏电极。

与图3相比，根据本发明的实施方式，图1强调了在源电极与漏电极之间的沟道区中，栅电极、栅绝缘膜及有机半导体膜表面粗糙度大的状态。选取合适的栅电极抛光条件来确定必须的平整度。因此，就可用廉价的衬底生产有机薄膜晶体管。

本发明有机薄膜晶体管的工作状态是与图3所示的常规晶体管相同的。即，在源电极接地和向漏电极施加漏极电压Vdd的状态下，对栅电极施加的电压超过阈值电压Vth。此时，有机薄膜晶体管的电导率因栅电极的电场而改变，使得电流在源电极与漏电极之间流动。因此，作为开关，就可按照栅压对流过源电极与漏电极之间的电流实现通/断控制。

粘在玻璃环氧树脂衬底上的铜箔，未进行抛光时的表面粗糙度约为1μm。用CMP工艺使铜箔的平均表面粗糙度Ra达到0.1-15nm的范围，从而得到足够好的晶体管特性。使Ra值降至小于0.1nm是可能的。然而，这种降低是以表面粗糙度优于硅晶片为目标的。因此，需要很长的抛光时间，失去了用玻璃环氧树脂衬底在成本上的优势。此外，在抛光前必须增加导体膜的厚度。另一方面，在Ra超过15nm时制作有机薄膜晶体管，常引起栅极漏电，因而使可靠性受到损害。此外，迁移率不能增大。因此，在用硅晶片之外的衬底制作有机薄膜晶体管时，希望按照本发明实施方式的规定将平均表面粗糙度Ra取为0.1-15nm。而且，为提高成本优势，希望将平均表面粗糙度Ra取为1-10nm。当进一步改善可靠性来获得成本优势时，最希望将平均表面粗糙度Ra取为1-5nm。

根据本发明的实施方式，有机衬底可选自聚合物材料衬底，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、或聚偏二氯乙烯、用于印刷电路板的玻璃环氧树脂衬底等。也可根据用途按照衬底所要求的项目如平整度、强度、热阻、  热膨胀系数及成本等适当地选择衬底。

根据本发明的实施方式，有机半导体膜的材料可相应地选自具有II配对电子的低聚物，如戊省、丁省、或蒽，有机半导体聚合物，如聚噻吩、多并苯、聚乙炔、或聚苯胺。

根据本发明的实施方式，无机氧化物如SiO₂、Al₂O₃或Ta₂O₅，氮化物如Si₃N₄可用于栅绝缘膜。当降低开态电阻来增大漏极电流时，由高介电常数材料制成的栅绝缘膜是优选的。此外，也可使用绝缘的有机聚合物，如聚酚乙烯(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚乙烯。

根据本发明的实施方式，贵金属如金、银、或铂，或高电导率材料如铜或铝，都可用于栅电极、源电极和漏电极。此外，这些电极也可用导电的聚合物来制作。

本发明的实质是确定与有机半导体膜接触的栅绝缘膜表面的粗糙度，这是有机薄膜晶体管稳定工作所要求的。因此，无须说，可在技术上安排一种本领域的各种工程师都可进行的抛光方法。抛光的目标可为栅绝缘膜、栅电极或衬底。与有机半导体膜接触的栅绝缘膜的表面状态是绝对重要的。然而，当对栅绝缘膜进行抛光时，其厚度随位置而变化。因此，电场变化或绝缘性质的状况都受到损害。所以，最优选地，栅电极成为抛光的目标。

此后，本发明将用给出的实例具体地进行描述。

(实例1)

图4-8为本发明有机薄膜晶体管制作方法的示意图。在图4中，参考数字401代表衬底，402代表导体膜。关于衬底401和导体膜402，例如，是与铜箔制成一体的玻璃环氧树脂衬底，也就是商用的印刷电路板。在此实例中，使用了厚0.2mm的衬底，其中作为导体膜的铜箔厚35μm(Hitachi Chemical Co.，Ltd.生产，型号：FR-4)。大量的衬底其结构都是两面有导体膜的。然而，按照本发明的描述，一个表面上无需有导体膜，因此这里就省略了。在图4-8中同样的参考数字表示同样的部分。

下面，对导体膜刻图形，使之成为所需的栅极形状。这一处理过程，可使用干膜进行光刻来制作掩模，再在导体膜上用湿法腐蚀得到所要的形状。图5表示导体膜已被处理为引线形状的情形。参考数字402代表成为栅电极的导体膜。在湿法腐蚀后，对导体膜402进行CMP抛光来调节表面粗糙度，使之符合实施本发明的要求。

图6表示栅绝缘膜403制作在已成为栅电极的导体膜402上的情形。栅绝缘膜403是用磁控溅射系统制作的。栅绝缘膜403的膜形成区是由遮挡掩模确定的。溅射的材料为Al₂O₃。栅绝缘膜403的膜厚为250nm。

图7表示在栅绝缘膜403上制作了有机半导体膜404的情形。有机半导体膜404是用蒸发法制作的。有机半导体膜404的膜形成区是由遮挡掩模确定的。蒸发材料为经升华提炼的戊省。有机半导体膜404的膜厚为150nm。

图8表示制备了与有机半导体膜404接触的源电极405和漏电极406的情形。源电极405和漏电极406是用蒸发法制作的。源电极405和漏电极406的膜形成区是由遮挡掩模确定的。蒸发的材料为金。源电极405和漏电极406每个的厚度均为100nm。

改变抛光条件以在衬底的栅电极上得到不同的表面粗糙度Ra。经过直至图5所示的抛光处理后，衬底被切割成卡片大小(86mm×54mm)。栅电极的表面粗糙度用扫描探针显微镜(SPM)(DigitalInstruments Inc.生产，产品名：DI5000)来评估。这是用高长度直径比的探针头AR5(针头曲率半径10-15nm，探针长2μm)在15μm的方形区域中以轻敲模式(tapping mode)测量五个点来进行的。图2表示本发明测定的一个表面粗糙度实例，其Ra为3.8nm。图2为栅电极表面的原子力显微镜像(AFM像；扫描尺寸：15μm)。在AFM测量后，在衬底上接着进行图6之后的步骤来完成晶体管器件。完成后，用半导体参数分析仪(HP4155B)测量晶体管器件的直流特性。关于测试所用的图形形状，在待切割的单个衬底上排列有同样尺寸的120个晶体管器件。结果，得到了栅极漏电小和Vth变化小的优选晶体管特性。

另一方面，图9表示本发明的对比实例，其表面粗糙度Ra为16.7nm。图9为对比实例中栅电极表面的原子力显微镜像(AFM像；扫描尺寸：15μm)。与前述实例相似，在AFM测量后，评价晶体管特性。结果，观察到大量的晶体管器件其栅极漏电超过可允许的范围。

晶体管的性能指标有：开/关比，为开关处于开态时的漏极电流Ion与开关处于关态时的漏极电流Ioff之比(Ion/Ioff)；栅极漏电，表示栅绝缘膜的绝缘性质；脉冲驱动时的截止频率等。在此实例中，一个栅长50μm、栅宽3mm的晶体管器件是否为优质根据以下的参考值来确定。

(评价条件)

开/关比：开/关比的计算是在源极电压为0V、漏极电压为-20V的状态下，将栅压在-20V(开态)与0V(关态)间变化时的漏极电流进行比较，当计算的开/关比小于500时，晶体管器件算作次品。

栅极漏电：在栅压为0V、源极电压为0V、漏极电压为-20V的状态下，当栅极电流等于或小于1μA时，晶体管器件算作优品，而当栅极电流大于1μA时，晶体管器件算作次品。

表1表示用上述的评价方法得到的次品率的实验结果。由表1明显地看出，当样品的表面粗糙度Ra在本发明规定的0.1-15nm范围内时，次品率可被抑制。

表1

平均表面粗糙度Ra	次品率(％)
		0.1-1nm	3
1-5nm	5
		5-10nm	4
10-15nm	10
		15-20nm	25

(实例2)

如实例1那样制作了有机薄膜晶体管，除了用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作衬底和用金作栅电极外。对于有机薄膜晶体管，检验了栅电极表面平均表面粗糙度Ra与次品率之间的关系。

所用的PET是一种OHP膜，厚0.1mm，尺寸为A4。将其切割成实例1那样的卡片大小(86mm×54mm)。

以后成为栅电极的金膜是在真空蒸发系统中由电阻加热的钨舟并采用掩模来制作的。为改善金膜与衬底的接触，先制作薄铬膜作为底层。金膜的厚度为0.5μm，铬膜的厚度为0.1μm。

接着，对要成为栅电极的铬膜与金膜的叠层膜用CMP进行抛光。调整抛光条件来制备不同表面粗糙度的样品。其余的步骤如实例1那样进行来制作薄膜晶体管器件。用半导体参数分析仪测量所制器件的静态特性。表2表示平均表面粗糙度Ra与有机薄膜晶体管次品率的关系。从表2可以明显地看出，当样品的表面粗糙度Ra在本发明规定的0.1-15nm范围内时，次品率可被抑制。

表2

平均表面粗糙度Ra	次品率(％)
		0.1-1nm	5
1-5nm	2
		5-10nm	8
10-15nm	11
		15-20nm	31

当有机薄膜晶体管用于集成电路时，由于要制作大量的晶体管，在实例1和实例2中得到的次品率不一定是充分的水平。这很可能是因为次品率不仅是出于上述的栅极漏电，而且也会由实验的缺陷所造成。因此，平均表面粗糙度Ra超过15nm和等于或小于15nm两种情形之间的差别可被视为明显的重大差异。

(实例3)

用25μm厚的聚酰亚胺片作为有机衬底。在衬底上镀25μm厚的铜箔。制备了四个生长有铜箔的衬底。

这四个衬底做了四种表面处理：未抛光、软腐蚀处理、抛光带处理、以及CMP处理。

各个表面处理的条件如下述。

(处理条件)

软腐蚀处理：将衬底在5％的硫酸中浸30秒，再用流动的去离子水冲洗2分钟。

抛光带处理：抛光带(型号：K8000)；抛光时间60秒；进带速度1m/30秒；辊压2kgf/cm²。

CMP处理：Shibaura抛光液CHS-3000EM；气瓶(cylinder)压力5kg；抛光托和抛光盘转数80rpm；抛光时间25分钟。

经过上述处理的各个衬底被切割成17mm的方形尺寸。然后，测量铜箔表面的平均表面粗糙度Ra与制作在其表面上的绝缘膜绝缘性质的关系。Zygo公司产的NewView 5032用来测量平均表面粗糙度Ra。使用Mirau光学系统的10倍物镜来进行测量。扫描长度为5μm双向(bipolar)。测量区尺寸为0.7mm×0.53mm。

测量的衬底在去离子水中超声清洗1分钟，再在丙酮中超声清洗1分钟。清洗后，用磁控溅射设备在衬底上制作将成为栅绝缘膜的Al₂O₃膜。此膜是在含Ar气和氧气的混合气氛中由反应溅射生成的。成膜压力为0.5Pa，所加功率为500W 13.56MHz，膜厚为370nm。

制作绝缘膜后，在衬底上使用掩模蒸发法制作金膜作为上电极。掩模由40μm厚的铬膜制成，掩模中排有100个开孔，每个开孔为200μm的方形，孔间距400μm。金膜的厚度为120nm。

经上述工艺制备的每个样品，用Hewlett-Packard DevelopmentCompany生产的半导体参数分析仪(HP4155B)测量其铜箔与200μm方形的隔离金图形之间的绝缘特性。

当Cu与Au之间电压为0-40V时，测量漏电流。在外加电压达到40V前，当测量值除以电极面积所得的值(电流密度)超过预定值(1E-8A/cm²)时，此图形被判为不合格，并计数不合格的图形数。将不合格的图形数除以图形总数来求得不合格百分率(NGpercentage)(％)。

图10表示未抛光情形的测量结果。图中的每条线表示金图形与铜箔间的绝缘特性。任意10个点得到的测量值在图中是彼此重叠的。结果，Ra为197nm，不合格百分率为100％，40V时的平均电流密度为5.0×10^-5A/cm²。

同样，图11表示软腐蚀情形的测量结果。Ra为163nm，不合格百分率为85％，40 V时的平均电流密度为1.9×10^-5A/cm²。

同样，图12表示CMP抛光情形的测量结果。Ra为2nm，不合格百分率为6.8％，40 V时的平均电流密度为4.0×10^-7A/cm²。

同样，图13表示抛光带处理情形的测量结果。Ra为20nm，不合格百分率为100％，40V时的平均电流密度为9.5×10^-6A/cm²。

同样，图14表示CMP抛光情形的测量结果。Ra为2nm，不合格百分率为2.2％，40V时的平均电流密度为2.2×10^-8A/cm²。

从上述结果可以明显地看出，对于样品的Ra等于或大于20nm的情形，不合格百分率为85％以上，而对于CMP样品，Ra为2nm，不合格百分率可被抑制为6.8％以下。

(实例4)

制备了两种不同类型的聚酰亚胺衬底作为有机衬底，每个的膜厚为25μm。所用的两种衬底，一种为A衬底(Toyo Metallizing Co.，Ltd.生产；产品名：Metaloyal FPC)，另一种为B衬底(UBE Industries，Ltd.生产；产品名：UPISEL D)。

厚0.3μm的铜箔用溅射法生长在每种衬底上。

上述各衬底被切割成17mm的方形尺寸。然后，测量表面粗糙度。Zygo公司产的NewView 5032用来测量表面粗糙度。使用Mirau光学系统的10倍物镜来进行测量。扫描长度为5μm双向。测量区尺寸为0.7mm×0.53mm。

测量的衬底在去离子水中超声清洗1分钟，再在丙酮中超声清洗1分钟。清洗后，用实例3所述的同样方法制作将成为栅绝缘膜的Al₂O₃膜。

制作绝缘膜后，如实例3那样，在衬底上使用掩模蒸发法制作金膜。掩模由40μm厚的铬膜制成，掩模中排有100个开孔，每个开孔为200μm方形，孔间距400μm。金膜的厚度为120nm。

对于用上述工艺过程制备的A和B衬底样品，每个都用半导体参数分析仪(HP4155B)测量其铜箔与200μm方形的隔离金图形之间的绝缘特性。

当Cu与Au之间电压为0-40V时，测量漏电流。在外加电压达到40V前，当测量值除以电极面积所得的值(电流密度)超过预定值(1E-8A/cm²)时，此图形被判为不合格，并计数不合格的图形数。不合格百分率如实例3那样计算。

图15表示A衬底的测量结果。Ra为20nm，不合格百分率为80％，40V时的平均电流密度为2.0×10^-7A/cm²。

图16表示B衬底的测量结果。Ra为15nm，不合格百分率为8％，40V时的平均电流密度为1.1×10^-8A/cm²。

从上述结果可以明显地看出，对于样品的Ra等于或大于20nm的A衬底的情形，不合格百分率为80％以上，而对于B衬底的情形，Ra为15nm，不合格百分率可被抑制为8％以下。

(评价)

图17表示实例3和实例4结果的综合。横轴代表平均表面粗糙度Ra，纵轴代表不合格百分率。从图17可以明显地看到，当平均表面粗糙度Ra超过15nm时，不合格百分率有显著增大的趋势。已发现被本发明视为有效的平均表面粗糙度Ra的范围(0.1nm≤Ra≤15nm)也可用于未进行抛光的衬底。栅极漏电可被降低，使有机薄膜晶体管的产量得以提高。

(薄膜晶体管的生产)

使用聚酰亚胺B衬底(UPISEL D)来制作薄膜晶体管，衬底的平均表面粗糙度Ra为15nm。如实例3中那样用370nm厚的氧化铝作为栅绝缘膜。有机半导体膜由戊省制成。在下部结构中的源电极和漏电极由500nm厚的金膜制成。在一栅长50μm和栅宽3mm的晶体管元件中，在漏极电压-20V和栅压-20V的条件下可得到优选的特性，如0.15cm²/Vs的迁移率。

已根据图1所示的结构对本发明进行了描述。然而，本发明的申请不限于这种结构。本技术领域的熟练人员可以容易地理解，本发明可广泛地用于面临同样问题的情形。此外，本技术领域的熟练人员可以容易地理解，与本发明非直接相关的部分，如场绝缘膜、保护膜、以及接触和通孔，在描述中基本上被省略了。

本发明不限于上述的实施方式，可在本发明的构思与范围内作出各种改变与修改。因此为公开本发明的范围，制定了下面的权利要求。

Claims (9)

1.一种有机薄膜晶体管，包括：

有机衬底；

栅电极；

栅绝缘膜；

有机半导体膜；

源电极；以及

漏电极，

其中与栅绝缘膜接触的栅电极平均表面粗糙度Ra为0.1-15nm。

2.如权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述有机衬底是由玻璃环氧树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯之一制成的。

3.如权利要求1的有机薄膜晶体管，其中所述有机衬底是由聚酰亚胺制成的。

4.一种有机薄膜晶体管的制作方法，该晶体管包括有机衬底、栅电极、栅绝缘膜、有机半导体膜、源电极和漏电极，此制作方法包括以下步骤：

制备有机衬底，在其表面上形成平整的栅电极；以及

在平整的栅电极上制作栅绝缘膜，

其中平整栅电极的平均表面粗糙度Ra为0.1-15nm。

5.如权利要求4的有机薄膜晶体管制作方法，其中所述有机衬底是由玻璃环氧树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯之一制成的。

6.如权利要求4的有机薄膜晶体管制作方法，其中所述有机衬底是由聚酰亚胺制成的。

7.如权利要求4的有机薄膜晶体管制作方法，其中所述平整栅电极由溅射法形成。

8.如权利要求4的有机薄膜晶体管制作方法，还包括对所述栅电极进行平整。

9.如权利要求8的有机薄膜晶体管制作方法，其中在平整中，至少进行化学机械抛光即CMP、软腐蚀、以及抛光带处理之一。

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