[發明專利]具有復合有源層的雙極型薄膜晶體管器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201610225871.2
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105742498A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 李俊;傅逸周;蔣雪茵;張志林
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/40
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種薄膜晶體管及其制備方法，特別是涉及一種雙極型薄膜晶管器件及其制備方法，應用于顯示技術和集成電路領域。

背景技術

雙極型薄膜晶體管已經廣泛地應用集成電路中，傳統的CMOS結構，它由一個P型MOS晶體管和一個N型MOS晶體管集成在一起，這種結構相對工藝比較復雜，成本會很高。而雙極型薄膜晶體管在同一器件實現N型和P型輸出，因此大大地簡化了制備工藝，降低了制備成本。前人研究的雙極型的OTFT器件存在明顯的缺陷，因為在OTFT器件中，P型有機半導體往往遷移率較大，且穩定性較好，而N型有機半導體極少，且遷移率低，穩定性差，所以雙極型OTFT器件往往因為N型輸出電流較小，無法滿足實際的應用和需求。另外，由于有機半導體材料在刻蝕過程中往往會影響薄膜的性能，使得OTFT器件的性能大幅度下降。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種具有復合有源層的雙極型薄膜晶體管器件及其制備方法，采用一種新型的有機P型半導體和無機N型半導體材料組合的復合有源層。通常無機N型半導體材料比較豐富，且遷移率較高，制備方法相對簡單，另外有機P型半導體材料種類比較多，遷移率較高，且穩定性較好。另外，N型無機薄膜晶體管采用底柵頂接觸結構，而P型有機薄膜晶體管采用底柵頂接觸結構，很好地避免了有機薄膜晶體管刻蝕過程造成的損傷，本發明充分結合有機P型半導體材料和無機N型半導體材料各自的優點，合理地運用在雙極型薄膜晶體管器件中，實現了N型和P型輸出。

為達到上述發明創造目的，采用下述技術方案：

一種具有復合有源層的雙極型薄膜晶體管器件，依次由基板、柵極、絕緣層、無機半導體有源層、源極、漏極和有機半導體有源層構成底柵結構，無機半導體有源層的厚度為10～50nm，有機半導體有源層的厚度為10～60nm，源極和漏極形成同層源漏電極薄膜層，無機半導體有源層和有機半導體有源層位于源漏電極薄膜層兩側，從而形成雙極型的薄膜晶體管器件的無機-有機復合結構有源層。

上述無機半導體有源層優選采用ZnO、InGaZnO、SnO₂、In₂O₃、非晶硅、微晶硅和多晶硅材料中的任意一種材料或者任意幾種材料制備的N型半導體薄膜。

上述有機半導體有源層優選采用酞菁系列、苯環系列和噻吩系列材料中的任意一種材料或者任意幾種材料制備的P型半導體薄膜。

上述有機半導體有源層優選采用CuPc、ZnPc和pentacene、rubrene材料中的任意一種材料或者任意幾種材料制備的P型半導體薄膜。

上述基板材料優選為硅片、玻璃或者陶瓷。

上述柵極的材料優選采用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ITO、W、Ag和Ta中的任意一種材料或任意幾種材料，形成圖案化的柵極薄膜層，柵極厚度優選為30～100nm；上述源極或上述漏極材料分別優選采用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg和Ca中的任意一種材料或任意幾種材料，上述源極材料或上述漏極形成的同層電極層的厚度優選為30～120nm。

上述絕緣層優選采用Ta₂O₅、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂和SiN_1~1.5中的任意一種材料或任意幾種材料制備成薄膜，絕緣層厚度優選為100～300nm。

一種具有復合有源層的雙極型薄膜晶體管器件的制備方法，分別采用下述方法依次逐層制備各功能結構層，包括如下步驟：

a．在基板之上通過真空蒸發工藝或濺射工藝制備柵極功能層；

b．采用磁控濺射方法或化學氣相沉積方法，在步驟a中制備的柵極功能層之上繼續制備絕緣層；

c．采用磁控濺射方法或原子層沉積方法，在步驟b中制備的絕緣層之上繼續制備無機半導體有源層，控制無機半導體有源層的厚度為10～50nm；

d．采用真空蒸發方法或濺射方法，在步驟c中制備的無機半導體有源層之上繼續制備源極和漏極，形成源漏電極薄膜層；