TWI625881B - 有機薄膜電晶體及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種有機薄膜電晶體包含基板、疏水層、氧化層、親水層、半導體層與源極/汲極層。疏水層覆蓋基板的表面。氧化層位於疏水層上，且氧化層具有複數個區段。親水層位於氧化層的區段上，且氧化層位於親水層與疏水層之間。半導體層位於親水層上，且親水層位於半導體層與氧化層之間。源極/汲極層跨接於氧化層之區段上的半導體層上。

Description

有機薄膜電晶體及其製作方法

本案是關於一種有機薄膜電晶體及一種有機薄膜電晶體的製作方法。

在現有技術中，有機薄膜電晶體製程可採用溶液製程來製作。例如以特定的溶液先塗佈於基板，待此溶液固化後，經由光阻塗佈、顯影、蝕刻等製程來圖案化固化後的溶液。

固化後的溶液可能具有親水性或疏水性。一般的溶液製程在進行親水性與疏水性材料的圖案化時，由於會經過包含曝光與顯影的光微影(Photolithography)製程，因此具有親水性的薄膜表面會接觸到光阻。如此一來，親水性薄膜可能會於圖案化的過程中被光阻破壞，進而在後續製程中，對親水性自組裝單分子膜(Self-assembly monolayer；SAM)的排列造成影響。

本發明之一技術態樣為一種有機薄膜電晶體。

根據本發明一實施方式，一種有機薄膜電晶體包 含基板、疏水層、氧化層、親水層、半導體層與源極/汲極層。疏水層覆蓋基板的表面。氧化層位於疏水層上，且氧化層具有複數個區段。親水層位於氧化層的區段上，且氧化層位於親水層與疏水層之間。半導體層位於親水層上，且親水層位於半導體層與氧化層之間。源極/汲極層跨接於氧化層之區段上的半導體層上。

在本發明一實施方式中，上述氧化層的區段的長度方向大致平行。

在本發明一實施方式中，上述源極/汲極層的長度方向大致垂直半導體層的長度方向。

在本發明一實施方式中，上述氧化層之區段的相鄰兩者之間具有溝槽，且疏水層從溝槽裸露。

在本發明一實施方式中，上述疏水層的材質包含聚甲基三乙氧基矽烷。

在本發明一實施方式中，上述氧化層的材質包含矽的氧化物。

在本發明一實施方式中，上述親水層的材質包含苯硫酚。

在本發明一實施方式中，上述源極/汲極層的材質包含鋁。

在本發明一實施方式中，上述基板的材質包含矽或矽的氧化物。

本發明之一技術態樣為一種有機薄膜電晶體的製作方法。

根據本發明一實施方式，一種有機薄膜電晶體的製作方法包含下列步驟。形成疏水層覆蓋基板的表面。形成圖案化的氧化層於疏水層上，使得氧化層具有複數個區段。將具有氧化層與疏水層的基板浸泡於親水溶液中。從親水溶液取出具有氧化層與疏水層的基板，使得氧化層的區段上形成親水層。形成半導體層於親水層上。形成源極/汲極層跨接於半導體層上。

在本發明一實施方式中，上述形成圖案化的氧化層於疏水層上的步驟包含：形成光阻層於疏水層上。圖案化光阻層，使光阻層具有複數個開口，其中疏水層從開口裸露。形成氧化層於光阻層上與開口中的疏水層上。去除光阻層及其上的氧化層。

在本發明一實施方式中，上述疏水層與氧化層之間的鍵結力大於疏水層與光阻層之間的鍵結力。

在本發明一實施方式中，上述疏水層是以塗佈的方式覆蓋於基板的表面。

在本發明一實施方式中，上述氧化層是以蒸鍍的方式形成於疏水層上。

在本發明一實施方式中，上述親水溶液與氧化層之間的鍵結力大於親水溶液與疏水層之間的鍵結力。

在本發明一實施方式中，上述半導體層是以塗佈的方式形成於親水層上。

在本發明一實施方式中，上述源極/汲極層是以電鍍的方式形成於半導體層上。

在本發明上述實施方式中，有機薄膜電晶體的製作方法是將具有圖案化氧化層的基板浸泡於親水溶液中，使得親水溶液會附著在氧化層的區段上，而不會附著在未被氧化層覆蓋的疏水層上。如此一來，便可在氧化層的區段上形成圖案化的親水層。因此，有機薄膜電晶體的親水層不需經過光阻塗佈、曝光、顯影與蝕刻等步驟，便可將親水層圖案化，使得親水層不會接觸到光阻而被破壞。在後續製程中，具有親水性的半導體層將不會因圖案化親水層的步驟而影響其排列。

100‧‧‧有機薄膜電晶體

110‧‧‧基板

112‧‧‧表面

120‧‧‧疏水層

130‧‧‧光阻層

132‧‧‧開口

140‧‧‧氧化層

142a、142b‧‧‧區段

144‧‧‧溝槽

150‧‧‧親水層

160‧‧‧半導體層

170‧‧‧源極/汲極層

172‧‧‧源極

174‧‧‧汲極

D1、D2‧‧‧長度方向

S1~S6‧‧‧步驟

第1圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體的製作方法的流程圖。

第2圖至第8圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體製作時各步驟的立體圖。

以下配合圖式說明本發明之複數個實施方式，為簡化圖式，一些習知慣用的結構與元件將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體的製作方法的流程圖。有機薄膜電晶體的製作方法包含下列步驟。首先在步驟S1中，形成疏水層覆蓋基板的表面。接著在步驟S2中，形成圖案化的氧化層於疏水層上，使得氧化 層具有複數個區段。之後在步驟S3中，將具有氧化層與疏水層的基板浸泡於親水溶液中。接著在步驟S4中，從親水溶液取出具有氧化層與疏水層的基板，使得氧化層的區段上形成親水層。之後在步驟S5中，形成半導體層於親水層上。最後在步驟S6中，形成源極/汲極層跨接於半導體層上。

在以下敘述中，將詳細說明上述各步驟。

第2圖至第8圖繪示根據本發明一實施方式之有機薄膜電晶體製作時各步驟的立體圖。請參閱第2圖，基板110的表面112上可形成疏水層120，使疏水層120覆蓋基板110的表面112。疏水層120可用塗佈的方式覆蓋於基板110的表面112。舉例來說，以疏水性溶液塗佈於基板110後，待疏水性溶液固化後便可形成疏水層120。在本實施方式中，基板110的材質可以包含矽或矽的氧化物，疏水層120的材質可以包含聚甲基三乙氧基矽烷(Polymethyltriethoxysilane；PTS)，但並不用以限制本發明。

同時參閱第2圖與第3圖，待疏水層120形成在基板110上後，可形成光阻層130於疏水層120上。接著，圖案化光阻層130，使光阻層130具有複數個開口132，且疏水層120從光阻層130的開口132裸露。舉例來說，光阻層130可經曝光與顯影製程而產生開口132。

請參閱第3圖與第4圖，接著，可在光阻層130上與其開口132中的疏水層120上形成氧化層140。在本實施方式中，氧化層140的材質可以包含矽的氧化物(SiOx)，且氧化層140可採蒸鍍的方式形成於光阻層130上與開口132中的疏水 層120上。經由此步驟，光阻層130被氧化層140覆蓋，如第4圖所示。

請參閱第4圖與第5圖，待氧化層140形成於光阻層130上與開口132中的疏水層120上後，可去除光阻層130及其上的氧化層140。由於氧化層140具有疏水的特性，因此疏水層120與氧化層140之間的鍵結力會大於疏水層120與光阻層130之間的鍵結力。如此一來，在去除光阻層130時(PR strip)，在光阻層130開口132中的氧化層140可由開口132中的疏水層120抓住，不會隨光阻層130離開疏水層120，但與光阻層130重疊的氧化層140則會隨光阻層130一併從疏水層120上掀離(Lift-off)。也就是說，第3圖的結構上表面對於氧化層140來說具有不同的表面親和力。

經由上述步驟，圖案化的氧化層140便形成於疏水層120上，如第5圖所示。第5圖的氧化層140具有對應於第4圖光阻層130之開口132位置與數量的複數個區段，依設計者需求而定。為求簡潔，在以下敘述中，將以區段142a、142b作說明。

在本實施方式中，氧化層140的區段142a、142b的長度方向D1大致平行。氧化層140之相鄰兩區段142a、142b之間具有溝槽144，且疏水層120從氧化層140的溝槽144裸露。

請參閱第5圖與第6圖，待圖案化的氧化層140形成後，可將具有氧化層140與疏水層120的基板110(即第5圖的結構)浸泡於親水溶液中。接著，從親水溶液取出具有氧化層 140與疏水層120的基板110。親水溶液會與氧化層140鍵結，但無法與疏水層120鍵結，因此親水溶液會附著在氧化層140上，而不會附著在未被氧化層140覆蓋的疏水層120上。也就是說，第5圖的結構上表面對於親水溶液來說具有不同的表面親和力。待附著在氧化層140上的親水溶液固化後，便在氧化層140的區段142a、142b上形成親水層150。

以上述方式製作的親水層150不需經過光阻塗佈、曝光、顯影與蝕刻等步驟，便形成圖案化的親水層150(位在氧化層140上的親水層150)，使得親水層150不會在圖案化過程中接觸到光阻而被破壞。在後續製程中，自組裝單分子膜(self-assembly monolayer,SAM)將不會因圖案化親水層150的步驟而影響其排列。

在本實施方式中，親水溶液及其固化後的親水層150的材質可以包含苯硫酚(Thiophenol)，但並不以此為限。此外，由於親水溶液會與氧化層140鍵結，不會與疏水層120鍵結，因此親水溶液與氧化層140之間的鍵結力大於親水溶液與疏水層120之間的鍵結力。

請參閱第6圖與第7圖，接著，可於親水層150上形成半導體層160。半導體層160為自組裝單分子膜，可包含有機材料(例如Tips-pentacene)，並作為主動層(Active layer)。在本實施方式中，半導體層160可採塗佈的方式形成於親水層150上。舉例來說，可利用刮刀塗佈半導體層160於親水層150與疏水層120上。由於半導體層160具有親水的特性，因此半導體層160會附著在親水層150上，而不會附著在 疏水層120上。也就是說，第6圖的結構上表面對於半導體層160來說具有不同的表面親和力，在不同的表面區域具有親水性與疏水性的差異。經由上述步驟，可得到圖案化的半導體層160，且氧化層140可自我對準上方的半導體層160。

請參閱第7圖與第8圖，待圖案化的半導體層160形成後，可形成源極/汲極層170跨接於半導體層160上。也就是說，源極/汲極層170設置在半導體層160上，且橫跨溝槽144兩側的半導體層160。舉例來說，源極/汲極層170的長度方向D2大致垂直半導體層160的長度方向D1。

源極/汲極層170包含源極172與汲極174。在本實施方式中，源極/汲極層170的材質包含鋁，源極/汲極層170可採電鍍的方式形成於半導體層160上，但並不用以限制本發明。此外，基板110可經由摻雜(doping)製程而作為閘極。

經由前述有機薄膜電晶體的製作方法便可形成第8圖的有機薄膜電晶體100。如第8圖所示，有機薄膜電晶體100包含基板110、疏水層120、氧化層140、親水層150、半導體層160與源極/汲極層170。疏水層120覆蓋基板110的表面112。氧化層140位於疏水層120上，且氧化層140具有區段142a、142b。親水層150位於氧化層140的區段142a、142b上，且氧化層140位於親水層150與疏水層120之間。半導體層160位於親水層150上，且親水層150位於半導體層160與氧化層140之間。源極/汲極層170跨接於氧化層140之區段142a、142b上的半導體層160上。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (17)

1. 一種有機薄膜電晶體，包含：一基板；一疏水層，覆蓋該基板的一表面；一氧化層，位於該疏水層上，且該氧化層具有複數個區段；一親水層，位於該氧化層的該些區段上，其中該氧化層位於該親水層與該疏水層之間；一半導體層，位於該親水層上，其中該親水層位於該半導體層與該氧化層之間，且該半導體層、該親水層與該氧化層的該些區段彼此完全重疊；以及一源極/汲極層，跨接於該氧化層之該些區段上的該半導體層上。
2. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該氧化層的該些區段的長度方向大致平行。
3. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該源極/汲極層的長度方向大致垂直該半導體層的長度方向。
4. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該氧化層之該些區段的相鄰兩者之間具有一溝槽，且該疏水層從該溝槽裸露。
5. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該 疏水層的材質包含聚甲基三乙氧基矽烷。
6. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該氧化層的材質包含矽的氧化物。
7. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該親水層的材質包含苯硫酚。
8. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該源極/汲極層的材質包含鋁。
9. 如請求項1所述的有機薄膜電晶體，其中該基板的材質包含矽或矽的氧化物。
10. 一種有機薄膜電晶體的製作方法，包含下列步驟：形成一疏水層覆蓋一基板的一表面；形成圖案化的一氧化層於該疏水層上，使得該氧化層具有複數個區段；將具有該氧化層與該疏水層的該基板浸泡於一親水溶液中；從該親水溶液取出具有該氧化層與該疏水層的該基板，使得該氧化層的該些區段上形成一親水層；形成一半導體層於該親水層上；以及形成一源極/汲極層跨接於該半導體層上。
11. 如請求項10所述的有機薄膜電晶體的製作方法，其中形成圖案化的該氧化層於該疏水層上的步驟包含：形成一光阻層於該疏水層上；圖案化該光阻層，使該光阻層具有複數個開口，其中該疏水層從該些開口裸露；形成該氧化層於該光阻層上與該些開口中的該疏水層上；以及去除該光阻層及其上的該氧化層。
12. 如請求項11所述的有機薄膜電晶體的製作方法，其中該疏水層與該氧化層之間的鍵結力大於該疏水層與該光阻層之間的鍵結力。
13. 如請求項10所述的有機薄膜電晶體的製作方法，其中該疏水層是以塗佈的方式覆蓋於該基板的該表面。
14. 如請求項10所述的有機薄膜電晶體的製作方法，其中該氧化層是以蒸鍍的方式形成於該疏水層上。
15. 如請求項10所述的有機薄膜電晶體的製作方法，其中該親水溶液與該氧化層之間的鍵結力大於該親水溶液與該疏水層之間的鍵結力。
16. 如請求項10所述的有機薄膜電晶體的製作 方法，其中該半導體層是以塗佈的方式形成於該親水層上。
17. 如請求項10所述的有機薄膜電晶體的製作方法，其中該源極/汲極層是以電鍍的方式形成於該半導體層上。