[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 要包括栅极、绝缘层、半导体层、源极和漏极。其中，源极和漏极间隔设置 并与半导体层电连接，栅极通过绝缘层与半导体层及源极和漏极间隔绝缘设 置。所述半导体层位于所述源极和漏极之间的区域形成一沟道区域。薄膜晶 体管中的栅极、源极、漏极均由导电材料构成，该导电材料一般为金属或合 金。当在栅极上施加一电压时，与栅极通过绝缘层间隔设置的半导体层中的 沟道区域会积累载流子，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。在实际应用中，对薄膜晶 体管的要求是希望得到较大的开关电流比。影响上述开关电流比的因素除薄 膜晶体管的制备工艺外，薄膜晶体管半导体层中半导体材料的载流子迁移率 为影响开关电流比的最重要的影响因素之一。

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，但在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)，从而导致薄膜晶体管 的响应速度较慢。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。相较于上述传统的 无机薄膜晶体管，采用有机半导体聚合物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。 现有技术中已有报道采用半导体性碳纳米管形成的碳纳米管层作为薄膜晶 体管的半导体层。现有技术中的碳纳米管层中，碳纳米管为无序排列或垂直 于基底排列，形成一无序碳纳米管层或一碳纳米管阵列。然而，在上述无序 碳纳米管层中，碳纳米管随机分布。载流子在上述无序碳纳米管层中的传导 路径较长，不利于获得具有较高载流子迁移率的薄膜晶体管。另外，上述无 序碳纳米管层为通过喷墨法形成，碳纳米管层中的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。在上述碳纳米管阵列中，碳纳米管排列方向垂直于基底 方向。由于碳纳米管具有较好的载流子轴向传输性能，而径向方向的传输性 能较差，故垂直于基底方向排列的碳纳米管同样不利于获得具有较高载流子 迁移率的薄膜晶体管。故上述两种碳纳米管的排列方式均不能有效利用碳纳 米管的高载流子迁移率。因此，现有技术中采用无序碳纳米管层或碳纳米管 阵列作半导体层的薄膜晶体管不利于获得具有较高载流子迁移率及较高的 响应速度的薄膜晶体管，且现有技术中的薄膜晶体管的柔韧性较差。

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

发明内容