[发明专利]薄膜晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管，尤其涉及一种基于碳纳米管的薄膜晶体 管。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是现代微电子技术中的一种关 键性电子元件，目前已经被广泛的应用于平板显示器等领域。薄膜晶体管主 要包括基板，以及设置在基板上的栅极、绝缘层、半导体层、源极和漏极。 其中，栅极通过绝缘层与半导体层间隔设置，源极和漏极间隔设置并与半导 体层电连接。薄膜晶体管中的栅极、源极、漏极均为导电材料构成，该导电 材料一般为金属或合金。当在栅极上施加电压时，与栅极通过绝缘层间隔设 置的半导体层中会积累载流子，当载流子积累到一定程度，与半导体层电连 接的源极漏极之间将导通，从而有电流从源极流向漏极。

现有技术中，薄膜晶体管中形成半导体层的材料为非晶硅、多晶硅或有 机半导体聚合物等(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))。以非晶硅作为半导体层的非晶硅薄膜晶体管的制造技术 较为成熟，但非晶硅薄膜晶体管中，由于半导体层中通常含有大量的悬挂键， 使得载流子的迁移率很低(一般小于1cm²V^-1s^-1)，从而使薄膜晶体管的响应 速度也较慢。以多晶硅作为半导体层的薄膜晶体管相对于以非晶硅作为半导 体层的薄膜晶体管，具有较高的载流子迁移率(一般约为10cm²V^-1s^-1)，因 此响应速度也较快。但多晶硅薄膜晶体管低温制造成本较高，方法较复杂， 大面积制造困难，且多晶硅薄膜晶体管的关态电流较大。相较于传统的无机 薄膜晶体管，采用有机半导体做半导体层的有机薄膜晶体管具有成本低、制 造温度低的优点，且有机薄膜晶体管具有较高的柔韧性。但由于有机半导体 在常温下多为跳跃式传导，表现出较高的电阻率、较低的载流子迁移率，使 得有机薄膜晶体管的响应速度较慢。

碳纳米管具有优异的力学及电学性能。并且，随着碳纳米管螺旋方式的 变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性。半导体性的碳纳米管具有较高 的载流子迁移率(一般可达1000～1500cm²V^-1s^-1)，是制造晶体管的理想材料。 现有技术中一般采用喷墨法形成无序的碳纳米管层作为半导体层，或采用直 接生长碳纳米管阵列形成半导体层。

现有技术中采用直接生长碳纳米管阵列作为半导体层的薄膜晶体管，具 有以下缺点：第一，在半导体层中碳纳米管的排列方向垂直于基底，碳纳米 管的排列方向不是沿源极到漏极的方向，从而无法有效应用碳纳米管轴向导 电的优势；第二，采用直接生长碳纳米管阵列作为半导体层，由于碳纳米管 垂直生长于基底表面，碳纳米管阵列中的碳纳米管管壁之间靠结合不够紧 密，这种半导体层的柔韧性较差，不利于制造柔性薄膜晶体管。

现有技术中采用喷墨形成的无序碳纳米管层的半导体层的薄膜晶体管， 其半导体层中碳纳米管随机分布，仅有少量碳纳米管沿源极到漏极排列，半 导体层中碳纳米管沿源极到漏极的有效路径较长，载流子迁移率较低；另外， 所述无序的碳纳米管层中碳纳米管之间通过粘结剂相互结合，因此，该碳纳 米管层为一较为松散结构，柔韧性较差，不利于制造柔性薄膜晶体管。

总之，现有技术中采用碳纳米管作为半导体层的薄膜晶体管，由于其半 导体层中的碳纳米管排列方向限制了由源极到漏极方向的载流子迁移率，无 法充分发挥碳纳米管载流子迁移率高的优势，使得现有技术中采用碳纳米管 作为半导体层的薄膜晶体管响应速度低；另外，现有技术中采用碳纳米管作 为半导体层的薄膜晶体管，由于其半导体层中的碳纳米管之间的结合性不好 导致该半导体层柔韧性差，不利于制造柔性薄膜晶体管。

综上所述，确有必要提供一种薄膜晶体管，该薄膜晶体管即具有较高的 载流子迁移率，较高的响应速度，又具有较好的柔韧性。

发明内容