CN1992370A - 有机薄膜晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机薄膜晶体管及其制造方法，其可通过降低在有机半导体层与源极和漏极之间的接触表面中出现的接触电阻来改善器件特性。该有机薄膜晶体管包括：形成在基板上的缓冲层；形成在所述缓冲层上的源极和漏极，其中所述源极和漏极中的每一个都形成为岛状；形成在所述源极和漏极上的有机半导体层；形成在所述有机半导体层上的栅绝缘层；栅极，其与所述源极和漏极的两个边缘相交叠并且形成在所述栅绝缘层上；以及隧道阻挡层，其形成在所述有机半导体层与所述源极和漏极的接触区域中。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管及其制造方法，更具体地涉及一种有机薄膜晶体管及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管通常用作显示设备的开关器件。该薄膜晶体管可由例如硅和有机材料的各种材料形成。有机薄膜晶体管由有机半导体材料形成，并且该有机薄膜晶体管使用柔性基板取代玻璃基板。除了有机薄膜晶体管使用有机半导体材料和柔性基板之外，该有机薄膜晶体管在结构上与硅薄膜晶体管类似。
图1是例示现有技术的有机薄膜晶体管的横截面图。如图1所示，现有技术的有机薄膜晶体管包括：形成在下基板51上的金属材料的栅极52a；形成在下基板51包括栅极52a上的栅绝缘层53；与栅极52a的两个边缘交叠并且形成在栅绝缘层53上的源极55a和漏极55b；以及形成在栅绝缘层53包括源极55a和漏极55b上的有机半导体层54。在此情况下，源极55a和漏极55b可由钯(Pd)或银(Ag)的金属材料形成。
然而，如果有机薄膜晶体管的源极和漏极由铅(Pb)或银(Ag)的金属材料形成，则源极和漏极的金属构图工艺是精巧且复杂的，而且各层之间的粘合强度变弱。
因此，近来源极和漏极通常由铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)的透明导电层形成。该透明导电层的优点在于其可通过简单容易的工艺形成。
然而，由该透明导电层形成的源极和漏极与有机半导体层直接接触，由此该透明导电层与源极/漏极之间的接触电阻增加。
即，如果由该透明导电层形成的源极/漏极与有机半导体层直接接触，则在该透明导电层与源极/漏极之间的接触表面中产生能障(energybarrier)。该能障阻碍电荷注入，由此透明导电层与源极/漏极之间的接触电阻由于大量载流子在累加态下的不平滑运动而增大。
随着有机半导体层54与源极55a/漏极55b之间的电阻增大，迁移率下降，从而薄膜晶体管的输出特性在低电压下发生电流混浊(currentclouding)。
发明内容
因此，本发明致力于提供一种有机薄膜晶体管及其制造方法，其基本上消除了由于现有技术的局限性和缺点所导致的一个或更多个问题。
本发明的一个目的是提供一种有机薄膜晶体管及其制造方法，其可通过降低在有机半导体层与源极和漏极之间的接触表面中出现的接触电阻来改善器件特性。
本发明的其他优点、目的以及特征，将部分地在随后的描述中进行阐述，并且部分地通过对以下内容的考察而对本领域的普通技术人员变得明了，或者可以从本发明的实践中获知。本发明的上述目的和其他优点可以通过在撰写的说明书及权利要求以及附图中具体指出的结构而实现并获得。
为了实现这些目的和其他优点，并且根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的那样，一种有机薄膜晶体管包括：形成在基板上的缓冲层；形成在所述缓冲层上的源极和漏极，其中所述源极和漏极中的每一个都形成为岛状；形成在所述源极和漏极上的有机半导体层；形成在所述有机半导体层上的栅绝缘层；栅极，其与所述源极和漏极的两个边缘相交叠并且形成在所述栅绝缘层上；以及隧道阻挡层，其形成在所述有机半导体层与所述源极和所述漏极的接触区域中。
此时，所述隧道阻挡层形成在包括所述源极和漏极的所述缓冲层上。此外，所述隧道阻挡层由CBP(4，48-N，N 8-二咔唑-联苯)(4，48-N，N8-dicarbazole-biphenyl)、BCP(2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)(2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline)、SiNx(多价氮化硅)或SiO2(二氧化硅)中的任何一种形成。
然后，由ITO或IZO形成所述源极和漏极。
此外，所述源极和漏极的每一个都形成为由ITO或IZO中的任一种和铬(Cr)或钼(Mo)中的任一种组成的双层结构。
所述有机半导体层由液晶聚芴嵌段共聚物(LCPBC)、并五苯或聚噻吩形成。
在本发明的另一个方面中，一种制造有机薄膜晶体管的方法包括如下步骤：在基板上形成缓冲层和透明导电层；通过对所述透明导电层进行构图来形成源极和漏极；在所述缓冲层包括所述源极和漏极上形成隧道阻挡层；在所述基板包括所述隧道阻挡层上顺序地形成有机半导体层和栅绝缘层；以及在所述栅绝缘层上形成栅极。
此时，由CBP(4，48-N，N 8-二咔唑-联苯)、BCP(2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)、SiNx或SiO2中的任何一种形成所述隧道阻挡层。
此外，由ITO或IZO形成所述透明导电层。
此外，所述方法包括在所述透明导电层下面形成铬(Cr)或钼(Mo)的金属层。
此外，所述有机半导体层由液晶聚芴嵌段共聚物(LCPBC)、并五苯或聚噻吩形成。
应当理解，上文对本发明的概述与下文对本发明的详述都是示例性和解释性的，旨在提供对如权利要求所述的本发明的进一步解释。
附图说明
包含在本文中以提供对本发明的进一步理解，并且并入本申请且构成本申请的一部分的附图，例示了本发明的实施例，并与文字说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是例示了现有技术的有机薄膜晶体管的横截面图；
图2A至2D是例示了根据本发明优选实施例的用于制造有机薄膜晶体管的方法的横截面图；以及
图3是例示了根据本发明优选实施例的有机薄膜晶体管的横截面图。
具体实施方式
现在，对本发明的优选实施例进行详细说明，其示例在附图中例示出。只要有可能则在全部附图中都使用相同的标号来表示相同或者类似的部分。
以下，将参照附图来描述根据本发明优选实施例的有机薄膜晶体管的制造方法。
图2A至2D是例示了根据本发明优选实施例的有机薄膜晶体管的制造方法的横截面图。图3是例示了根据本发明优选实施例的有机薄膜晶体管的横截面图。
如图2D所示，根据本发明优选实施例的有机薄膜晶体管包括：缓冲层412，其由有机材料形成并形成在下基板410上；岛形源极414a/漏极414b，其形成在缓冲层412上并由ITO或IZO的透明导电层形成；隧道阻挡层416，其形成在缓冲层412包括源极414a/漏极414b上；有机半导体层418，其形成在隧道阻挡层416上并且由液晶聚芴嵌段共聚物(LCPBC)、并五苯或者聚噻吩形成；栅绝缘层420，其形成在有机半导体层418上；以及栅极422，其形成在栅绝缘层420上并且与所述源极414a/漏极414b相交叠。
在此情况下，隧道阻挡层416包括在有机半导体层418与源极414a/漏极414b之间的电压降，以容易地把空穴注入源极414a/漏极414b中。因而，隧道阻挡层416降低了源极414a/漏极414b的功函，由此降低了阻碍电荷注入的能障。由于隧道阻挡层416，使得降低了在有机半导体层418与源极414a/漏极414b之间的接触电阻。
在此情况下，接触电阻可以根据隧道阻挡层416的厚度而变化。如果以10到110的厚度形成隧道阻挡层416，则在有机半导体层418与源极414a/漏极414b之间的接触电阻将减小。如果以100以上的预定厚度形成隧道阻挡层416，则在有机半导体层418与源极414a/漏极414b之间的接触电阻将增大。
优选的是，以10到110的厚度淀积隧道阻挡层416。隧道阻挡层416可由CBP(4，48-N，N 8-二咔唑-联苯)、BCP(2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)、SiNx或SiO2中的任何一种形成。
如下所述，将对根据本发明优选实施例的薄膜晶体管的制造方法进行说明。
首先，如图2A所示，在下基板410上形成缓冲层412，其中下基板410是由玻璃或透明塑料形成的。
淀积缓冲层412以改善有机半导体层的结晶化。
缓冲层412可由非有机绝缘材料形成。例如，缓冲层412由氧化硅(SiOx)层、氮化硅(SiNx)层或者氧化硅(SiOx)和氮化硅(SiNx)的淀积层形成。此外，缓冲层412可由有机绝缘材料形成。例如，缓冲层412由苯环丁烯(BCB)、丙烯酸类材料、聚酰亚胺、或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成。
然后，在缓冲层412上形成透明导电层414。透明导电层414可由铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)形成，该铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)由于其工艺简单而通常用于LCD器件。
当在透明导电层下面形成铬(Cr)或钼(Mo)的金属层时，源极/漏极中的每一个可由透明导电层和金属层的双层结构形成，因此可以减小有机薄膜晶体管的源极/漏极的线路电阻。
如图2B所示，在利用光刻胶(未示出)对透明导电层414进行涂布后，将具有预定图案的光掩模定位在所述光刻胶上方，并且利用光进行照射，随后显影，由此对光刻胶进行构图。
然后，利用经构图的光刻胶作为掩模，选择性地对透明导电层414进行刻蚀，由此形成源极414a/漏极414b，并去除光刻胶。
如图2C所示，在包括源极414a/漏极414b的缓冲层412上形成隧道阻挡层416。
优选的是，以10到110的厚度淀积隧道阻挡层416。隧道阻挡层416可以由CBP(4，48-N，N 8-二咔唑-联苯)、BCP(2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)、SiNx或SiO2中的任何一种形成。
在缓冲层412上和源极414a/漏极414b的上侧面和侧壁上形成隧道阻挡层416。
如图2D所示，在包括隧道阻挡层416的下基板的全部表面上形成机材料，随后对该有机材料进行构图，由此形成有机半导体层418。有机半导体层418可由液晶聚芴嵌段共聚物(LCPBC)、并五苯或者聚噻吩形成。
此后，在有机半导体层418上形成非有机绝缘材料或有机绝缘材料以形成栅绝缘层420。
栅绝缘层420可由氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)的非有机绝缘材料形成，或者可由BCB、丙烯酸类材料或者聚酰亚胺的有机绝缘材料形成。为获得栅绝缘层420与有机半导体层之间的良好粘合强度，优选的是，形成有机绝缘材料的栅绝缘层420。
然后，在栅绝缘层420上淀积金属材料，随后利用光刻法对该金属材料进行构图，由此形成与源极414a/漏极414b相交叠的栅极422。由此，完成了该有机薄膜晶体管。
栅极422可由金属材料铬(Cr)、铜(Cu)、钼(Mo)、铝(Al)、铝钕合金(ALNd)或钨(W)形成，或者可由上述金属的合金形成。
在此情况下，如果栅极422、栅绝缘层420、源极414a/漏极414b和有机半导体层418由有机材料形成，则可以用低温工艺来制造它们。即，下基板410可由柔性塑料基板或膜来形成。
如图3所示，具有根据本发明优选实施例的有机薄膜晶体管的LCD器件包括钝化层419和像素电极417。在此情况下，钝化层419形成在下基板410包括有机薄膜晶体管上，其中该钝化层由BCB、丙烯酸类材料、或者聚酰亚胺的有机绝缘材料形成。此外，像素电极417通过接触孔421与漏极414b相连接。像素电极417形成在钝化层419的像素区域中，其中像素电极417由ITO或IZO形成。
另外，与下基板410相对地设置了上基板，并且上基板与下基板410相接合。上基板包括：防止漏光的黑底430，其在除了像素区域之外的多个部分上；表示颜色的滤色器层428；以及驱动像素的公共电极426。下基板和上基板彼此接合，其间具有预定空间，并且在下基板与上基板之间的该预定空间中形成有液晶层431。
如上所述，根据本发明的有机薄膜晶体管及其制造方法具有下列优点。
在根据本发明的有机薄膜晶体管中，具有隧道阻挡层，其形成在有机半导体层与源极/漏极之间的接触表面中。该隧道阻挡层降低了阻碍电荷注入的能障。因此，减小了在有机半导体层与源极/漏极之间的接触电阻，由此改善了薄膜晶体管的迁移率特性，并防止了薄膜晶体管的输出特性在低电压下的电流混浊。
本领域的技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以对本发明进行各种修改和变型。因而，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对本发明的这些修改和变型。
本申请要求2005年12月29日提交的韩国专利申请P2005-134409号的优先权，如在此进行充分阐述那样通过引用并入其全部内容。
Claims (11)
1、一种有机薄膜晶体管，该有机薄膜晶体管包括：
形成在基板上的缓冲层；
形成在所述缓冲层上的源极和漏极，其中所述源极和漏极中的每一个都形成为岛状；
形成在所述源极和漏极上的有机半导体层；
形成在所述有机半导体层上的栅绝缘层；
栅极，其与所述源极和漏极的两个边缘交叠并且形成在所述栅绝缘层上；以及
隧道阻挡层，其形成在所述有机半导体层与所述源极和漏极的接触区域中。
2、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，所述隧道阻挡层形成在所述缓冲层包括所述源极和漏极上。
3、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，所述隧道阻挡层由CBP(4，48-N，N 8-二咔唑-联苯)、BCP(2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)、SiNx或SiO2中的任何一种形成。
4、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，所述源极和漏极由ITO或IZO形成。
5、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，所述源极和漏极中的每一个都形成为由ITO或IZO中的任一种和铬或钼中的任一种组成的双层结构。
6、根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其中，所述有机半导体层由液晶聚芴嵌段共聚物、并五苯或聚噻吩形成。
7、一种制造有机薄膜晶体管的方法，该方法包括如下步骤：
在基板上形成缓冲层和透明导电层；
通过对所述透明导电层进行构图来形成源极和漏极；
在所述缓冲层包括所述源极和漏极上形成隧道阻挡层；
在所述基板包括所述隧道阻挡层上顺序地形成有机半导体层和栅绝缘层；以及
在所述栅绝缘层上形成栅极。
8、根据权利要求7所述的方法，其中，由CBP(4，48-N，N 8-二咔唑-联苯)、BCP(2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉)、SiNx或SiO2中的任何一种来形成所述隧道阻挡层。
9、根据权利要求7所述的方法，其中，由ITO或IZO形成所述透明导电层。
10、根据权利要求7所述的方法，该方法还包括以下步骤：
在所述透明导电层下面形成铬或钼的金属层。
11、根据权利要求7所述的方法，其中，由液晶聚芴嵌段共聚物、并五苯或聚噻吩形成所述有机半导体层。
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