[發明專利]一種基于氟化聚合物電介質的有機場效應晶體管制備方法

在審

• 申請號: 202310326929.2
• 申請日: 2023-03-30
• 公開（公告）號: CN116234326A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 徐勇;竇存花;戴曉菡;嚴宇;孫華斌;于志浩;吳潔;朱力;楊光安
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H10K10/46
• 分類號: H10K10/46;H10K71/40;H10K71/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 姜夢翔

本發明公開了一種基于氟化聚合物電介質的有機場效應晶體管制備方法，屬于微電子材料及器件技術領域，所述制備方法包括：首先在襯底上方蒸鍍形成源漏電極，繼而通過旋涂的方式在其上方形成半導體層和介電層，然后通過蒸鍍的方式在介電層上方形成柵極，本發明選用DPPT?TT作半導體層，選用CYTOP作介電層，通過CYTOP介電層的最佳退火溫度能在介電層和半導體層界面產生最多的偶極子數目，獲得電學性能最優的有機晶體管器件。本申請所提供的基于氟化聚合物電介質的高性能有機場效應晶體管制備方法，在保證器件工作狀態最佳的情況下，通過確認使用最佳介電層退火溫度，優化了有機薄膜晶體管的遷移率、閾值電壓和開關比。

技術領域

本發明涉及微電子材料及器件技術領域，具體涉及一種基于氟化聚合物電介質的有機場效應晶體管制備方法。

背景技術

隨著半導體技術以及制備工藝的發展，半導體芯片的面積越來越小，市場對半導體器件的性能要求越來越高，如何提高器件的性能，減小器件的功耗成為了目前電子工藝界急需要解決的重要問題。

近年來，隨著對輸運機制的深入研究，發現場效應晶體管的性能和很多因素緊密相關，包括柵壓、器件結構、溫度、外界輻射等。遷移率是有機場效應晶體管的一個重要性能參數，其反映了電荷的輸運能力，遷移率越高，電荷越容易在器件中傳輸，進而器件工作效率更高。有機場效應晶體管中影響遷移率的因素包括接觸電阻、有機半導體/介電層界面處的粗糙度及偶極子、有機薄膜和柵電介質中的電荷俘獲以及相關的庫侖散射，其中對載流子的輸運影響較大的當屬半導體/電介質層界面的物理化學特性，這是因為在載流子在溝道輸運的過程中，受介電/半導體層的界面處存在的大量陷阱、位錯影響(載流子輸運普遍分布在靠近界面的2-5個分子層)，使器件電學性能產生巨大差異，進而影響電路的功能和性能。

在文獻Shin?E?S,Park?W?T,Kwon?Y?W,et?al.Spontaneous?Doping?at?thePolymer–Polymer?Interface?for?High-Performance?Organic?Transistors[J].AcsApplied?MaterialsInterfaces,2019.中，發現含氟聚合物CYTOP與D-A共聚物DPPT-TT之間通過熱退火會產生偶極子，半導體/電介質層界面在強C-F鍵的作用下，形成規則排列的偶極子層，極大的提高了空穴的積累，產生自摻雜效應，提高了溝道內空穴載流子的濃度，使得本征雙極型的半導體材料轉變為p型的單極型器件。這種自摻雜大大簡化了單極性OFET的制造，提高了載流子遷移率，降低了關態電流和功耗，也提升了載流子輸運性能。

在上述文獻中，偶極子需在熱退火等特殊條件下產生，但是對偶極子具體的產生機制，例如隨退火溫度變化，偶極子形成的變化趨勢、器件性能，尤其是遷移率的提升條件，有待詳盡的研究。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于氟化聚合物電介質的有機場效應晶體管制備方法，通過CYTOP介電層的最佳退火溫度能在介電層和半導體層界面產生最多的偶極子數目，從而獲得電學性能最優的有機晶體管器件。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種基于氟化聚合物電介質的有機場效應晶體管制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：選擇玻璃片作為襯底并清洗；

步驟S2：源漏電極的制備：在清洗后的襯底上真空蒸鍍鎳層和金層作為源漏電極，鎳層與襯底直接接觸，金層在鎳層之上；

步驟S3：半導體層的制備：將全氟1-丁烯基乙烯基醚聚合物的原液，即CYTOP原液旋涂鋪滿在制備有源漏電極的襯底上，然后在200℃純氮氣環境下加熱退火1h形成半導體層；

步驟S4：介電層的制備：將介電層溶液旋涂鋪滿在步驟S3得到的半導體層上方表面，在80-200℃下加熱退火處理，形成介電層；