TW201603143A - 電晶體之製法 - Google Patents
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Abstract
一種電晶體之製法，係先提供一基材與一承載件，該基材上形成有絕緣層，該絕緣層具有複數外露該基材之通道，且該絕緣層上形成有導體層，又該承載件之表面上形成有流體包覆材料；接著，將該基材設於該承載件上，使該導體層接觸該流體包覆材料，之後再移動該基材，使該基材遠離該承載件，以令該流體包覆材料擴散包覆該導體層，待該導體層完全離開該承載件上之流體包覆材料之表面後，使該導體層上之流體包覆材料作為包覆層，故藉由控制該流體包覆材料之濃度及該基材之上升速度，以決定該包覆層的成形範圍，因而可避免成膜厚度太薄之問題。
Description
本發明係關於一種電晶體，特別是關於一種空間電荷限制之電晶體之製法。
空間電荷限制電晶體(Space-Charge-Limited Transistor；SCLT)的結構概念與操作原理類似於真空三極管。其射極(Emitter)對應到真空管中的加熱陰極，作為載子注入端；集極(Collector)對應到陽極金屬板，負責收集從通道通過的載子；基極(Base)對應到網柵(grid)，作用為控制通道中電流的開關；真空層則對應到載子的半導體傳輸層。
所述之SCLT的作動方式係在SCLT為開啟狀態時，輸出的電流最高達50mA/cm2，以此電流密度可驅動主動矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light-emitting diode,AMOLED)，但在SCLT為關閉狀態時，卻會產生10-3~10-4的漏電流。
因此，遂藉由薄膜包覆該導體層，以克服電晶體之漏電流的問題。
現今奈米薄膜的製備方法相當多樣化，其大致可分為乾式塗佈法(Dry Coating method)及溼式塗佈法(Wet
Coating method)。近年來於電晶體製程中係廣泛運用該溼式塗佈法，其原因在於該溼式塗佈法具有高效率、低成本之特點。例如，該溼式塗佈法中最廣泛之方式係為旋轉塗佈法(Spin coating)及浸沾式塗佈法(Dip coating)。
然而，旋轉塗佈法通常侷限於在平整表面進行塗佈，若以旋轉塗佈法在不規則表面(如柱狀結構)上形成薄膜時，則會有填滿孔洞或薄膜飄浮在該不規則表面的情況發生。
再者，浸沾式塗佈法雖可在不規則表面上形成薄膜，但受限於液體黏度及重力作用之影響，則會限制成膜厚度而無法具備絕緣效果的問題。
因此，如何克服上述習知技術的種種問題，實已成為目前亟欲解決之問題。
本發明係提供一種電晶體之製法，包括：提供一基材與一承載件，俾於該基材上形成一具有複數外露部份該基材之通道的絕緣層，並於該絕緣層上形成導體層，及於該承載件之表面上形成流體包覆材料；將該基材設於該承載件上，使該導體層接觸該流體包覆材料；移動該基材，使該基材遠離該承載件，以令該流體包覆材料擴散包覆該導體層；以及令該導體層完全離開該承載件上之流體包覆材料之表面，以使該導體層上之流體包覆材料作為包覆層。
前述之製法中，該基材具有集極層，且該絕緣層係為奈米結構。
前述之製法中，該些通道係相互連通，使該絕緣層形成為具有複數柱體之結構。
前述之製法中，該導體層係為基極層，例如，形成該導體層之材質係為金屬材。
前述之製法中，該流體包覆材料係以聚乙烯比咯酮粉末溶於去離子水所配製而成，且該流體包覆材料的濃度為1~5wt%。
前述之製法中，該流體包覆材料之濃度及該基材遠離該承載件之速度係用以控制該流體包覆材料包覆該導體層之表面面積。
前述之製法中，形成該包覆層之材質係為絕緣材。
前述之製法中，在該導體層完全離開該流體包覆材料之表面後，復包括固化該包覆層。
前述之製法中，該包覆層復延伸至該通道之表面上。
前述之製法中，復包括形成半導體層，以覆蓋該絕緣層與包覆層；又包括形成射極層於該半導體層上。
由上可知，本發明之電晶體之製法，係藉由包覆層包覆該導體層，以克服習知技術中之漏電流的問題。
再者，藉由該流體包覆材料的表面張力與該導體層間的虹吸現象，以於移動該基材而使該基材遠離該承載件時，令該流體包覆材料擴散包覆該導體層而形成薄膜，且可克服成膜厚度太薄的問題。
1‧‧‧電晶體
10‧‧‧基材
100‧‧‧玻璃板
101‧‧‧集極層
11‧‧‧絕緣層
110‧‧‧通道
12‧‧‧導體層
13、13’‧‧‧包覆層
14‧‧‧半導體層
15‧‧‧射極層
20、20’、50、50’‧‧‧流體包覆材料
30‧‧‧承載件
40‧‧‧紫外光
第1圖係為本發明之電晶體之剖面示意圖；
第2A至2F圖為本發明之電晶體之製法之第一實施例之剖面示意圖；第3A至3E圖為本發明之電晶體之製法之第二實施例之剖面示意圖；第4圖為以本發明之電晶體之製法所製成之電晶體的第一SEM圖像；以及第5圖為以本發明之電晶體之製法所製成之電晶體的第二SEM圖像。
以下藉由特定之具體實施例加以說明本案之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本案之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。因此，以下本案涵蓋本文揭示的任何特定實施例之任何部件或方法，可與本文揭示的任何其他實施例之任何部件或方法相結合。
第1圖係為本發明之電晶體1之剖面示意圖。如第1圖所示，所述之電晶體1係包括一基材10、形成於該基材10上之一絕緣層11、形成於該絕緣層11上之一導體層12、包覆該導體層12之包覆層13、覆蓋該絕緣層11與包覆層13之一半導體層14、以及設於該半導體層14上之一射極層15。
所述之基材10係具有玻璃板100與設於該玻璃板100上之如氧化銦錫材料(ITO)之集極層101。
所述之絕緣層11係具有複數外露該基材10(如集極
層101)之通道110，且各該通道110係為奈米尺寸，使該絕緣層11成為奈米結構。於製作該奈米結構時，若該些通道110相互連通，該絕緣層11將形成具有複數奈米柱體之結構。
所述之導體層12係為基極層且蒸鍍於該絕緣層11之頂面，使該導體層12成為網格狀。於本實施例中，該導體層12的材料係為金屬材，如鋁。除了蒸鍍外，亦可採濺鍍、E-beam等製程技術，本案並不以此為限。
所述之包覆層13係延伸至該通道110之部分表面上，使該電晶體1之防止漏電流的效果最佳化。於本實施例中，該包覆層13之材質係為絕緣材，例如，聚乙烯四氫咯酮(PVP)、氟化橡膠(CYTOP)或聚乙烯醇(PVA)等，但是並不限於此。
所述之半導體層14之材質係為有機材，如聚噻吩共軛高分子(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)，簡稱P3HT)。
所述之射極層15之材質係為鋁或包覆有三氧化鉬(MoO3)的鋁。
在本發明之電晶體1中，當該導體層12被該包覆層13覆蓋時，該導體層12與該半導體層14之間的能障變高，即能達到漏電流變小之結果。
因此，該包覆層13僅覆蓋該導體層12之頂面即可達到防止漏電流之目的。較佳者，該包覆層13可覆蓋該導體層12的頂面及側面，以提升防止漏電流的效果。更佳者，該包覆層13係延伸至該絕緣層11之側面，更能提升防止
漏電流的效果。
以下藉由第一至第二實施例說明該包覆層13之製程。
第2A至2F圖係為本發明之電晶體1之製法之第一實施例之剖面示意圖。
如第2A圖所示，提供一基材10，該基材10上形成有一絕緣層11，該絕緣層11具有複數外露該基材10之通道110，且該絕緣層11上形成有導體層12。
如第2B圖所示，提供一如容器之承載件30，且該承載件30中裝有流體包覆材料20，再將該基材10倒置朝向該流體包覆材料20之上方，並使該導體層12與部分該絕緣層11垂直浸入該流體包覆材料20中。
於本實施例中，不可將該基材10與全部該導體層12浸入該流體包覆材料20中。
再者，該流體包覆材料20係以聚乙烯比咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)粉末溶於去離子水所配製而成，且濃度為1至5wt%。換言之，該流體包覆材料20係以大量溶劑及少量溶質所調配而成之液體。
另外，該流體包覆材料20亦可以氟化橡膠(CYTOP)或聚乙烯醇(PVA)來配製成一定濃度，並無特別限制。
如第2C圖所示，以一固定速度緩慢移動該基材10，即緩慢升起該基材10，使該基材10遠離該承載件30直至該導體層12完全離開該流體包覆材料20之表面。於該基材10之上升過程中，藉由該流體包覆材料20的表面張力，令該流體包覆材料20’擴散至該導體層12之頂面與側面而
包覆該導體層12，且可擴散至該通道110之部分表面上。
於本實施例中，由於該流體包覆材料20的表面張力、及該流體包覆材料20與該絕緣層11之間的虹吸現象，使該流體包覆材料20’會產生毛細現象而鑽進絕緣層11的通道110內，進而包覆該導體層12。
再者，該流體包覆材料20之濃度及該基材10遠離該承載件30之速度(即上升速度)會影響該流體包覆材料20’包覆該導體層12之表面的佈設面積。具體地，該導體層12接觸該流體包覆材料20之表面後，該流體包覆材料20與導體層12之間將形成一接觸角，本實施例之流體包覆材料20’因產生較大接觸角而會留在通道110靠近導體層12的表面。
又，所述之固定速度係指維持一定且不會改變移動方向。
如第2D至2E圖所示，移除該承載件30及其內的流體包覆材料20，使保留於該導體層12上與該通道110之部分表面上之流體包覆材料20’作為該包覆層13。之後，再固化(如烘烤)該包覆層13。
於本實施例中，係在氮氣(N2)環境下利用紫外光40之光源照射包覆該導體層12上的流體包覆材料20’，以產生光交聯反應。該紫外光40具體可為30mW之功率、波長257.9nm的紫外光，但本案並不以此為限。因此，包覆該導體層12的流體包覆材料20’在產生光交聯反應後，將會固化形成該包覆層13。
如第2F圖所示，形成一半導體層14以覆蓋該絕緣層11與該包覆層13，再形成一射極層15於該半導體層14上。
第3A至3E圖係為本發明之電晶體之製法之第二實施例之剖面示意圖。本實施例中係以控制流體包覆材料之濃度及基材的上升速度，來決定經光交聯作用後形成的包覆層是否要延伸包覆至基材或絕緣層的表面上。
如第3A圖所示，提供一基材10，該基材10上形成有一絕緣層11，該絕緣層11具有複數外露該基材10之通道110，且該絕緣層11上形成有導體層12。
如第3B圖所示，將該基材10倒置向下而使該導體層12垂直浸入流體包覆材料50中，使該導體層12水平接觸該流體包覆材料50的表面。需注意的是，不可將該導體層12整個浸入該流體包覆材料50中，僅需使該導體層12輕微接觸到該流體包覆材料50之表面即可。
於本實施例中，該流體包覆材料50之濃度不同於第一實施例之流體包覆材料20之濃度。具體地，該流體包覆材料50之濃度係會使其接觸角小於第一實施例中的流體包覆材料20之接觸角，即本實施例的流體包覆材料50之濃度低於第一實施例之流體包覆材料20之濃度。因此，該流體包覆材料50將因毛細現象而流入該通道110內並延伸至可接觸到該通道110內之絕緣層11表面，進而接觸該基材10之外露表面。
如第3C圖所示，將該基材10以一固定速度上升，使該導體層12完全離開該流體包覆材料50的表面，此時，
該流體包覆材料50’將包覆該導體層12、通道110中的絕緣層11及基材10之表面。
如第3D至3E圖所示，可參照第2D至2E圖所示，使保留於該導體層12上與該通道110內之流體包覆材料50’作為該包覆層13’。
本發明之包覆層13,13’之薄膜塗佈方法除了藉由控制該流體包覆材料20,50之濃度來決定該包覆層13,13’的包覆範圍外，亦需配合該基材10的上升速度，以有效控制該包覆層13,13’的包覆範圍。
前述第一實施例中的流體包覆材料係為低濃度之溶液，而第二實施例中的流體包覆材料係為高濃度之溶液。具體地，如第4圖所示，流體包覆材料係為低濃度之溶液，例如為1wt%~2wt%。在使用低濃度的流體包覆材料且在基材的上升速度慢之情況下，因所吸附的流體包覆材料較少，故可形成如第3C圖的階梯覆蓋(conformal)結構。在相同濃度的情況下，基材的上升速度較快時，因所吸附的流體包覆材料較多，則容易出現把奈米柱狀結構的孔洞(如通道110)填滿的情況，如第4圖中濃度2wt%、速度0.20mm/s所示的結構。
另如第5圖所示，流體包覆材料為高濃度之溶液，例如為4wt%~5wt%。在使用高濃度的流體包覆材料且在基材的上升速度慢之情況下，因所吸附的流體包覆材料較少，故可形成如第2C圖的頂端包覆結構。在相同濃度的情況下，基材的上升速度較快時，因所吸附的流體包覆材料較
多，則流體包覆材料容易懸浮在奈米柱狀結構的孔洞(如通道110)上方的情況，如第5圖中上升速度為0.04mm/s、濃度為4wt%及5wt%所示的結構。
換言之，上升速度的增加，將造成殘留在該基材上的流體包覆材料的量越多，而針對流體包覆材料的濃度之不同，而分別有懸浮在孔洞上方、孔洞填滿的情況。
綜上所述，本發明之製法係依據流體包覆材料的不同濃度及基材之上升速度進行調變，以獲得不同形式的包覆層。
再者，亦可配合導體層水平接觸該流體包覆材料表面後停止之技術手段，方能有效利用虹吸現象以均勻成膜，並可將成膜之厚度從數奈米提昇至數十奈米，故本發明之製法可於不規則表面上完成塗佈薄膜作業，更能克服因成膜厚度太薄而無絕緣效果之問題，且具備成本低廉、製作簡單快速之功效。
另外，本發明之包覆層之薄膜成形方法亦可應用於有機半導體元件製程，用以製造如垂直式空間限制電晶體(space charge-limited transistor,SCLT)、氣體感測元件及IGZO電晶體等元件。
上述實施形態僅為例示性說明本案之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本案之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本案之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本案所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵
蓋。而本案之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧基材
11‧‧‧絕緣層
110‧‧‧通道
12‧‧‧導體層
20‧‧‧流體包覆材料
30‧‧‧承載件
Claims (14)
- 一種電晶體之製法，包括：提供一基材與一承載件，俾於該基材上形成一具有複數外露部份該基材之通道的絕緣層，並於該絕緣層上形成導體層，及於該承載件之表面上形成流體包覆材料；將該基材設於該承載件上，使該導體層接觸該流體包覆材料；移動該基材，使該基材遠離該承載件，以令該流體包覆材料擴散包覆該導體層；以及令該導體層完全離開該承載件上之流體包覆材料之表面，以使該導體層上之流體包覆材料作為包覆層。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，該基材具有集極層。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，該絕緣層係為奈米結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，該些通道係相互連通，使該絕緣層形成為具有複數柱體之結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，該導體層係為基極層。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，形成該導體層之材質係為金屬材。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中， 該流體包覆材料係以聚乙烯比咯酮粉末溶於去離子水所配製而成。
- 如申請專利範圍第7項所述之電晶體之製法，其中，該流體包覆材料的濃度為1~5wt%。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，該流體包覆材料之濃度及該基材遠離該承載件之速度係用以控制該流體包覆材料包覆該導體層之表面面積。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，在該導體層完全離開該流體包覆材料之表面後，復包括固化該包覆層。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，形成該包覆層之材質係為絕緣材。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，其中，該包覆層復延伸至該通道之表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之電晶體之製法，復包括形成半導體層，以覆蓋該絕緣層與包覆層。
- 如申請專利範圍第13項所述之電晶體之製法，復包括形成射極層於該半導體層上。
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