[發明專利]薄膜晶體管的制備方法

有效

• 申請號: 200810067425.9
• 申請日: 2008-05-23
• 公開（公告）號: CN101587839A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 李群慶;王雪深;姜開利;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: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種薄膜晶體管的制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管的 薄膜晶體管的制備方法。

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備技術 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，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，因此響應速度也較快。但多晶硅薄膜晶體管 低溫制備成本較高，方法較復雜，大面積制備困難，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，采用有機半導體做半導 體層的有機薄膜晶體管具有成本低、制備溫度低的優點，且有機薄膜晶體管 具有較高的柔韌性。但由于有機半導體聚合物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)，是制備晶體管的理想材料。 現有技術中已有報道采用半導體性碳納米管形成碳納米管層作為薄膜晶體 管的半導體層。上述薄膜晶體管的制備方法主要包括以下步驟：將碳納米管 粉末分散于有機溶劑中；通過噴墨打印的方法將碳納米管與有機溶劑的混合 液打印在絕緣基板上，待有機溶劑揮發后，在絕緣基板的預定位置上形成一 碳納米管層；通過沉積及刻蝕金屬薄膜的方法在碳納米管層上形成源極及漏 極；在碳納米管層上沉積一層氮化硅形成一絕緣層；以及在絕緣層上沉積一 金屬薄膜形成柵極。然而，在上述方法中，碳納米管需要通過有機溶劑進行 分散，碳納米管易團聚，在半導體層中無法均勻分布。且分散碳納米管所用 的有機溶劑易殘留在碳納米管層中，影響薄膜晶體管的性能。并且，在上述 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，故上述碳納米管層中碳納米管的排列方式不能使碳納米管的高載 流子遷移率得到有效利用，進而不利于獲得具有較高載流子遷移率的薄膜晶 體管。另外，有機溶劑結合的碳納米管層結構松散，柔韌性差，不利于制備 柔性的薄膜晶體管。

綜上所述，確有必要提供一種薄膜晶體管的制備方法，該方法簡單、適 于低成本大量生產，且所制備的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

一種薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟：提供一絕緣基底；形成一 碳納米管層于所述絕緣基底表面，所述碳納米管層包括多個碳納米管，進而 形成一半導體層；間隔形成一源極及一漏極于所述半導體層表面，并使該源 極及漏極與上述半導體層中的部分碳納米管的兩端電連接；形成一絕緣層于 所述形成有源極和漏極的半導體層表面；以及形成一柵極于所述絕緣層表 面，得到一薄膜晶體管。