[發明專利]薄膜晶體管

有效

• 申請號: 200810067172.5
• 申請日: 2008-05-14
• 公開（公告）號: CN101582449A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 姜開利;李群慶;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/06
• 代理公司: 暫無信息
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技術領域

本發明涉及一種薄膜晶體管，尤其涉及一種基于碳納米管的薄膜晶體 管。

背景技術

薄膜晶體管(Thin?Film?Transistor，TFT)是現代微電子技術中的一種關 鍵性電子元件，目前已經被廣泛的應用于平板顯示器等領域。薄膜晶體管主 要包括柵極、絕緣層、半導體層、源極和漏極。其中，源極和漏極間隔設置 并與半導體層電連接，柵極通過絕緣層與半導體層及源極和漏極間隔絕緣設 置。所述半導體層位于所述源極和漏極之間的區域形成一溝道區域。薄膜晶 體管中的柵極、源極、漏極均由導電材料構成，該導電材料一般為金屬或合 金。當在柵極上施加一電壓時，與柵極通過絕緣層間隔設置的半導體層中的 溝道區域會積累載流子，當載流子積累到一定程度，與半導體層電連接的源 極漏極之間將導通，從而有電流從源極流向漏極。在實際應用中，對薄膜晶 體管的要求是希望得到較大的開關電流比。影響上述開關電流比的因素除薄 膜晶體管的制備工藝外，薄膜晶體管半導體層中半導體材料的載流子遷移率 為影響開關電流比的最重要的影響因素之一。

現有技術中，薄膜晶體管中形成半導體層的材料為非晶硅、多晶硅或有 機半導體聚合物等(R.E.I.Schropp，B.Stannowski，J.K.Rath，New?challenges? in?thin?film?transistor?research，Journal?of?Non-Crystalline?Solids，299-302， 1304-1310(2002))。以非晶硅作為半導體層的非晶硅薄膜晶體管的制造技術 較為成熟，但在非晶硅薄膜晶體管中，由于半導體層中通常含有大量的懸掛 鍵，使得載流子的遷移率很低(一般小于1cm²V^-1s^-1)，從而導致薄膜晶體管 的響應速度較慢。以多晶硅作為半導體層的薄膜晶體管相對于以非晶硅作為 半導體層的薄膜晶體管，具有較高的載流子遷移率(一般約為10cm²V^-1s^-1)， 因此響應速度也較快。但多晶硅薄膜晶體管低溫制造成本較高，方法較復雜， 大面積制造困難，且多晶硅薄膜晶體管的關態電流較大。相較于上述傳統的 無機薄膜晶體管，采用有機半導體聚合物做半導體層的有機薄膜晶體管具有 成本低、制造溫度低的優點，且有機薄膜晶體管具有較高的柔韌性。但由于 有機半導體在常溫下多為跳躍式傳導，表現出較高的電阻率、較低的載流子 遷移率，使得有機薄膜晶體管的響應速度較慢。

碳納米管具有優異的力學及電學性能。并且，隨著碳納米管螺旋方式的 變化，碳納米管可呈現出金屬性或半導體性。半導體性的碳納米管具有較高 的載流子遷移率(一般可達1000～1500cm²V^-1s^-1)，是制造晶體管的理想材料。 現有技術中已有報道采用半導體性碳納米管形成的碳納米管層作為薄膜晶 體管的半導體層。現有技術中的碳納米管層中，碳納米管為無序排列或垂直 于基底排列，形成一無序碳納米管層或一碳納米管陣列。然而，在上述無序 碳納米管層中，碳納米管隨機分布。載流子在上述無序碳納米管層中的傳導 路徑較長，不利于獲得具有較高載流子遷移率的薄膜晶體管。另外，上述無 序碳納米管層為通過噴墨法形成，碳納米管層中的碳納米管之間通過粘結劑 相互結合，因此，該碳納米管層為一較為松散結構，柔韌性較差，不利于制 造柔性薄膜晶體管。在上述碳納米管陣列中，碳納米管排列方向垂直于基底 方向。由于碳納米管具有較好的載流子軸向傳輸性能，而徑向方向的傳輸性 能較差，故垂直于基底方向排列的碳納米管同樣不利于獲得具有較高載流子 遷移率的薄膜晶體管。故上述兩種碳納米管的排列方式均不能有效利用碳納 米管的高載流子遷移率。因此，現有技術中采用無序碳納米管層或碳納米管 陣列作半導體層的薄膜晶體管不利于獲得具有較高載流子遷移率及較高的 響應速度的薄膜晶體管，且現有技術中的薄膜晶體管的柔韌性較差。

綜上所述，確有必要提供一種薄膜晶體管，該薄膜晶體管具有較高的載 流子遷移率，較高的響應速度，以及較好的柔韌性。

發明內容