[发明专利]管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机电子学领域，特别是涉及一种管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节；在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大；传统的基于无机半导体材料的器件和电路很难满足这些要求，因此可以实现这些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机微电子技术在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。

有机场效应晶体管作为有机电路的基础元器件，其性能对电路的性能起着决定性的作用。其中迁移率决定了器件工作的快慢，进而影响电路的工作频率；电压，包括工作电压和阈值电压，决定了器件以及电路的功耗。由于信息量爆炸式的增长，人们一直以来都希望信息处理技术能够越来越快，能够处理的内容越来越多。制约信息处理技术快慢的因素有很多，包括硬件方面，也包括软件方面。单元器件的工作频率是硬件方面根本的问题。提高器件的工作频率主要有两条路径：一条路是减小沟道长度，另一条路是提高载流子的迁移率。在当前材料方面没有重大突破的情况下，载流子的迁移率提高非常有限，因此提高器件工作频率的方法主要就是减小沟道的长度。制约信息处理技术容量的因素同样也有很多，在硬件方面主要是电路的集成度。提高电路的集成度需要减小单元器件的面积。

发明内容

为了提高器件工作频率和电路的集成度，本发明提供了一种管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管。所述技术方案如下：

一种管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，包括绝缘衬底，以及在所述绝缘衬底上的栅电极、源电极、漏电极、介质层和半导体层；所述半导体层位于该晶体管中央，所述半导体层的上部与所述漏电极相接触，所述半导体层的下部与所述源电极相接触；在所述半导体层的外部包围有管状栅电极；在所述半导体层与所述栅电极之间填充有介质层，将所述半导体层和所述栅电极隔离开；在所述源电极与所述漏电极之间也填充有介质层，将所述源电极与所述漏电极隔离开。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管的沟道位于介质层与半导体层的接触界面处，通过控制所述管状栅电极的直径可以控制所述场效应晶体管的沟道长宽比。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，其特征在于，所述源电极和所述漏电极均为平面电极，所述场效应晶体管的沟道为垂直方向。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘衬底为长有无机介质材料的绝缘薄膜的硅片、绝缘玻璃或绝缘塑料薄膜。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，其特征在于，所述介质层为无机介质材料或有机介质材料。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，其特征在于，所述半导体层为有机半导体材料。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管，其特征在于，所述栅电极为金属导电材料或导电有机物；所述源电极和所述漏电极的材料为高功函数金属材料或导电有机物。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：

步骤1、在绝缘衬底上制备平面源电极；

步骤2、在源电极层上沉积介质层，并使其图形化，以便于源电极和有机半导体接触；

步骤3、在介质层上制备管状的栅电极；

步骤4、沉积介质层，使其粘附在栅电极的侧壁和顶部，并使其图形化以便于隔离栅电极与源电极、漏电极，最后去除底部和顶部多余的介质层；

步骤5、沉积有机半导体层，并使其处于整个晶体管的中央；

步骤6、制备平面的漏电极。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管的制备方法，

其特征在于，在所述步骤1中，制备平面源电极的具体方法为：采用真空热物理沉积、电子束沉积或者溅射金属电极；或采用喷墨打印、旋涂的方法制备有机物电极；

在所述步骤6中，制备漏电极的具体方法为：首先通过光刻技术把栅电极和介质层保护起来；然后通过真空热物理沉积，电子束沉积或者溅射技术来沉积金属电极薄膜，或采用旋涂方法来沉积有机物电极薄膜，最后通过剥离的方法去除栅电极区的光刻胶和多余的金属电极材料；或采用喷墨打印方法直接沉积导电有机物薄膜图形从而形成有机电极。

本发明的管状栅电极垂直沟道有机场效应晶体管的制备方法，

其特征在于，在所述步骤2的具体方法为：采用低压化学气相沉积、溅射或者原子层沉积的方法制备无机介质层；或采用旋涂或喷墨打印方法沉积有机介质层；所述图形化方法为光刻加刻蚀。