[發(fā)明專利]一種全溶液化制備柔性薄膜晶體管的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106816531B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 黃永安;丁亞江;王小梅;劉建鵬;尹周平
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 周磊

本發(fā)明屬于半導體與電噴印技術(shù)領域，并公開了一種全溶液化制備柔性薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟：(1)制備半導體層；(2)采用電紡絲技術(shù)，由導電溶液Ⅰ形成的內(nèi)層作為晶體管的柵極，由有機聚合物溶液Ⅱ形成的外層作為晶體管的介電層；(3)電噴印制備源極和漏極：待同軸雙層定向纖維固化后，使用導電溶液Ⅲ對著固化后的同軸雙層定向纖維進行噴印，導電溶液Ⅲ落在同軸雙層定向纖維上后會滑向同軸雙層定向纖維的兩側(cè)，并且固化形成導電膜Ⅰ和導電膜Ⅱ，所述導電膜Ⅰ和導電膜Ⅱ分別作為晶體管的源極和漏極。本發(fā)明制備的晶體管具有結(jié)構(gòu)簡單、定向性好和性能高等優(yōu)點，其工藝具有制造成本低、工藝流程少、操作簡單、對環(huán)境要求低等特點。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于半導體與電噴印技術(shù)領域，更具體地，涉及一種全溶液化制備柔性薄膜晶體管的制備方法。

背景技術(shù)

薄膜晶體管(Thin Film Transistor，TFT)作為一種重要的半導體器件，在有源矩陣液晶顯示、穿戴式電子學器件以及微型傳感器等領域有著廣泛的應用價值，已成為當代微電子技術(shù)中不可缺少的組成部分。同時也隨著電子產(chǎn)品柔性化的發(fā)展，TFT作為主要功能元件也需要具備一定的柔性，這也就對其設計與加工提出了新的挑戰(zhàn)。

薄膜晶體管主要由襯底、源極/漏極、半導體層、介電層以及柵極等部分組成，由于每部分可采用的材料不同，其制備的工藝流程又不盡相同，這就為薄膜晶體管的制造帶來諸多可選方案，大大提升了器件制備的可行性。但是同時又為如何選擇最優(yōu)方案提出了巨大的挑戰(zhàn)。

目前，源、漏、柵極的材料一般選用Au、A1等，其對應的傳統(tǒng)工藝方法是采用射頻濺射或者熱蒸發(fā)濺射。在已通過光刻工藝制備一定形狀模板的襯底或者功能層上濺射一層厚度在50-200nm的金屬薄膜。不難看出，該制備過程工藝過程復雜，涉及多次光刻、濺射等工藝。另外，射頻濺射需要真空條件，惰性氣體保護等，光刻需要黃光區(qū)，溶液化去膠等都極大地提高了制備的成本。再者濺射工藝的高溫與光刻膠的旋涂與去除過程都會對絕緣層與有源層產(chǎn)生一定的破壞，造成器件性能變差，良品率降低。而且此類器件大多不具備柔性，難以適應穿戴式電子等方面的需求。

與此同時，制備有源層和絕緣層的傳統(tǒng)方法包括真空蒸鍍、等離子體增強化學氣相沉積、磁控濺射等，這些工藝流程具有制備成本較高,真空條件要求苛刻，對環(huán)境的要求較高等共同點，不利于薄膜晶體管的大面積制造。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種全溶液化制備柔性薄膜晶體管的制備方法，可獲得定向性好，性能高的晶體管，具有制造成本低、工藝流程少、操作簡單、對環(huán)境要求低等優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種全溶液化制備柔性薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備半導體層：將P3HT粉末添加在氯代苯中形成質(zhì)量濃度為1％～2％的有機半導體溶液，靜置后用篩網(wǎng)過濾備用；然后將過濾后的有機半導體溶液旋涂到襯底上形成一層P3HT薄膜，所述P3HT薄膜作為晶體管的半導體層，再將旋涂有P3HT薄膜的襯底放進烘箱進行退火處理；

(2)將退火處理后的襯底固定在紡絲設備的運動平臺所所承接的接收基板上，并使P3HT薄膜朝上，再在紡絲設備上安裝同軸噴嘴，所述同軸噴嘴位于所述P3HT的上方并且其出口朝下，其中所述同軸噴嘴具有同軸設置的外筒和設置在所述外筒內(nèi)的內(nèi)筒并且所述外筒和內(nèi)筒的出口重合，調(diào)節(jié)高壓發(fā)生器，使得施加在運動平臺和同軸噴嘴之間的電壓為1.5～1.9kV，將導電溶液Ⅰ和有機聚合物溶液Ⅱ分別加入同軸噴嘴的內(nèi)筒和外筒中并控制導電溶液Ⅰ和有機聚合物溶液Ⅱ的流量分別為200～400nl/min和800～1200nl/min，則導電溶液Ⅰ和有機聚合物溶液Ⅱ在同軸噴嘴的出口處形成泰勒錐并流出到由運動基板帶動進行移動的P3HT薄膜上，所述導電溶液Ⅰ和有機聚合物溶液Ⅱ在P3HT薄膜上形成一條同軸雙層定向纖維，所述同軸雙層定向纖維中，由導電溶液Ⅰ形成的內(nèi)層作為晶體管的柵極，由有機聚合物溶液Ⅱ形成的外層作為晶體管的介電層；