[發(fā)明專利]低壓有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710090894.8
• 申請(qǐng)日: 2007-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN101241971A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋政根;金強(qiáng)大;柳基成;許泳憲;李明源;梁在宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 梁在宇
• 主分類號(hào): H01L51/40
• 分類號(hào): H01L51/40;H01L51/05;H01L51/30
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 余朦;方挺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)技術(shù)，具體涉及具有超薄金屬氧化物的柵介電層的低壓有機(jī)薄膜晶體管，該超薄金屬氧化物通過(guò)在O₂等離子體方法中金屬柵電極的直接氧化而自生長(zhǎng)形成，或具體涉及具有雙重柵介電層的低壓有機(jī)薄膜晶體管，該雙重柵介電層由自生長(zhǎng)的金屬氧化物層和有機(jī)介電層組成。

背景技術(shù)

目前，有機(jī)半導(dǎo)體(如并五苯)已得到廣泛研究。有機(jī)半導(dǎo)體可通過(guò)多種合成方法制造，并且易于形成為光纖或薄膜的形狀。另外，有機(jī)半導(dǎo)體具有良好的柔性和傳導(dǎo)性，并且其生產(chǎn)成本相對(duì)較低。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，有機(jī)半導(dǎo)體被作為可用于廣泛領(lǐng)域的新材料研究，這些領(lǐng)域包括電子器件和光學(xué)器件。

相對(duì)于利用無(wú)定形硅的典型硅薄膜晶體管，有機(jī)薄膜晶體管利用有機(jī)半導(dǎo)體作為半導(dǎo)體區(qū)。盡管與典型的硅薄膜晶體管在結(jié)構(gòu)上相似，但有機(jī)薄膜晶體管在制備上具有優(yōu)勢(shì)，如方法更簡(jiǎn)單、成本更低廉。由于這些原因，將有機(jī)薄膜晶體管技術(shù)應(yīng)用于包括可彎曲顯示器、射頻識(shí)別(RFID)和多種便攜式設(shè)備的先進(jìn)電子裝置中的新的嘗試在今天不斷涌現(xiàn)。

然而，現(xiàn)代有機(jī)薄膜晶體管技術(shù)尚有一些技術(shù)問(wèn)題需要解決。其中之一是發(fā)展在較低的溫度下形成柵介電層的新方法。傳統(tǒng)用作柵介電層的硅氧化物或硅氮化物需要在較高的溫度下形成，所以其無(wú)法應(yīng)用于玻璃或塑料襯底。

現(xiàn)有有機(jī)薄膜晶體管的另一個(gè)問(wèn)題是減小工作電壓。低的功率消耗量對(duì)于像可彎曲顯示器和射頻識(shí)別這種裝置是必不可少的，然而有機(jī)薄膜晶體管的工作電壓往往超過(guò)20V。這是因?yàn)闁沤殡妼酉鄬?duì)較厚，其厚度往往高達(dá)100nm甚至更厚。

在本領(lǐng)域中已提出了解決這些問(wèn)題的多種方法。例如，第6,207,472號(hào)美國(guó)專利中公開了通過(guò)使用濺射、旋轉(zhuǎn)涂布等方法，在25～150℃下由Ta₂O₃，、V₂O₃、TiO₂等形成柵介電層。再例如，第2005-31858號(hào)韓國(guó)公開申請(qǐng)中公開了在室溫至大約100℃的溫度下通過(guò)濺射的方法沉積Al₂O₃柵介電層。再例如，第2003-258260和2003-258261號(hào)日本公開申請(qǐng)中公開了陽(yáng)極電鍍Ta、Al等柵電極以形成柵介電層。

不幸的是，雖然這些傳統(tǒng)的技術(shù)提供了他們自身的在相對(duì)低的溫度下將金屬氧化物形成為有機(jī)薄膜晶體管的柵介電層的方法，但都沒(méi)有提出減小柵介電層厚度的辦法。例如，在第6,207,472號(hào)美國(guó)專利的例子中，柵介電層的厚度約為0.5μm，在第2005-31858號(hào)韓國(guó)公開申請(qǐng)的例子中，其在61nm和450nm之間。在第2003-258260和2003-258261號(hào)日本公開申請(qǐng)的例子里，其厚度為85.64nm。

另一方面，在本領(lǐng)域中對(duì)實(shí)現(xiàn)更薄的柵介電層的研究并沒(méi)有間斷。例如，Marcus?Halik等人的文章“具有無(wú)定形分子?xùn)沤殡妼拥牡碗妷河袡C(jī)晶體管(Low-voltage?organic?transistors?with?an?amorphousmolecular?gate?dielectric)，Nature，vol.431，2004，第963-966頁(yè)”中講述了在重?fù)诫s的硅襯底上的2.5nm厚的自組裝分子單層(SAM)柵介電層。然而，由于在為柵電極使用重?fù)诫s硅襯底的情況下無(wú)法電隔離離散的器件，因此其缺乏商業(yè)化前景。

另一篇文章，L.A.Majewski等人的“1伏特有機(jī)晶體管(One?voltorganic?transistor)，Adv.Mater.2005，17，No.2，第192-196頁(yè)”提出對(duì)金屬進(jìn)行陽(yáng)極氧化以形成幾納米厚的金屬氧化物作為柵介電層。但是這也缺乏商業(yè)化前景，因?yàn)殛?yáng)極電鍍是一種濕法工藝，它會(huì)引起不期望的金屬剝落。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的示例性而非限定性的實(shí)施方案提供了一種可在低電壓下工作的有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)。該有機(jī)薄膜晶體管具有通過(guò)在O₂等離子體工藝中金屬柵電極的直接氧化而自生長(zhǎng)的超薄金屬氧化物柵介電層，或具有包括金屬氧化物層和有機(jī)介電層的雙重柵介電層。