[發明專利]一種有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管制備方法

有效

• 申請號: 201510344794.8
• 申請日: 2015-06-23
• 公開（公告）號: CN105047819B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 楊尊先;郭太良;胡海龍;徐勝;劉佳慧;楊洋
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/05
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及半導體納米材料與器件領域，特別是一種有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管制備方法。

背景技術

隨著科技的發展和社會的進步，人們對于信息存儲、傳遞及其處理的依賴程度日益增加。而半導體器件和工藝技術作為信息的存儲、傳遞及其處理的主要載體和物質基礎，現已成為眾多科學家爭相研究的熱點。薄膜晶體管，作為一種非常重要的半導體器件，在信息存儲、傳遞和處理等領域起著至關重要的作用。然而，截至目前為止，現有大規模使用薄膜晶體管，是一種基于微電子硅工藝的半導體器件。這種傳統的基于硅微電子工藝薄膜場效應晶體管存在對設備要求高，制備工藝復雜，成本較高和器件整體性能有限，靈敏度、開關頻率和速度有限等問題。并且，隨著人們對于高性能薄膜晶體管要求的逐步提升，基于微電子硅工藝的薄膜場效應晶體管已難以滿足當今信息社會對高靈敏度、高開關頻率和開關速度的薄膜場效應晶體管的需求。

近年來，納米材料和納米結構因其具有獨特的電學、光學量子尺寸效應，為控制材料性能提供了除控制其化學組成之外的另一有效手段。尤其是通過lift-off工藝技術、旋涂成膜工藝技術及毛細滲透工藝技術，實現含有機納米線陣列的有機半導體層的制備。由于納米線狀有機導電陣列層在導電溝道的特殊分布，利用邊界效應，使形成反型層所需的電荷量減少，從而很大程度上可以有效降低這種有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管的閾值電壓，因此，這為有機半導體納米線陣列導電溝道為基礎的新型薄膜晶體管制備提供了一種可能和新思路。

發明內容

本發明的目的在于提供一種有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管的制備方法，以克服現有技術中存在的缺陷。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管制備方法，其特征在于：利用lift-off工藝技術、旋涂成膜工藝技術及毛細滲透工藝技術，在一硅/二氧化硅襯底上，依次制備出犧牲層ZnO條形陣列、含納米線狀孔道陣列的光刻膠層以及含有機納米線陣列的有機半導體層，且在含有機納米線陣列的有機半導體層表面以及襯底背面上分別形成金屬電極，并引出相應的源極、漏極和柵極，從而完成有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管的制備。

在本發明一實施例中，還包括以下步驟：

步驟S1：采用硫酸/雙氧水溶液對所述硅/二氧化硅襯底進行高溫清洗；采用旋涂工藝在所述硅/二氧化硅襯底表面涂覆一層光刻膠；采用電子束刻蝕光刻技術刻蝕條形光刻膠陣列；通過磁控濺射技術在所述條形光刻膠陣列表面上生長一ZnO層，并采用lift-off工藝技術制備犧牲層ZnO條形陣列；

步驟S2：采用旋涂工藝在所述犧牲層ZnO條形陣列上涂覆一層厚光刻膠，采用電子束刻蝕光刻技術刻蝕出含有孔洞陣列的厚光刻膠層，并用酸溶液腐蝕去除所述犧牲層ZnO條形陣列上未涂覆厚光刻膠的ZnO條形陣列，以在覆蓋有厚光刻膠層的溝道區域形成相互隔離的納米線狀孔道陣列光刻膠層；

步驟S3：在經所述步驟S2獲取的硅/二氧化硅樣片表面上滴覆有機半導體前驅體溶液，并采用毛細滲透工藝技術使得有機半導體前驅溶液滲入到所述納米線狀孔道陣列光刻膠層的孔洞陣列中，再采用有機半導體旋涂工藝和熱處理固化，制備含有機納米線陣列的有機半導體層；

步驟S4：采用圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝技術分別在含有機納米線陣列的有機半導體層的表面以及硅/二氧化硅襯底背面形成Cr/Au復合金屬電極，并分別對應作為有機半導體納米線陣列導電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極。

在本發明一實施例中，在所述步驟S1中，所述硅/二氧化硅襯底面積為1cm×1cm；所述二氧化硅層作為薄膜晶體管的絕緣層，且厚度為30nm至300nm； ZnO層厚度為20nm至500nm；單個ZnO條形陣列寬度1μm 至5μm；相鄰單個ZnO條形間隙寬度為1μm 至2μm；ZnO條形陣列區域長度100μm；ZnO條形陣列區域寬度5μm至50μm。

在本發明一實施例中，在所述步驟S2中，所述厚光刻膠為SU8膠；所述酸溶液為4mol/L至6mol/L的稀鹽酸溶液；所述厚光刻膠層厚度為1μm 至10μm，且該厚光刻膠覆蓋的溝道區域長度為1μm 至20μm，該厚光刻膠覆蓋的溝道區域寬度為5μm 至50μm。