[发明专利]一种小线宽沟道的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于一种有机薄膜晶体管(OTFT)沟槽的制造方法，可用于小线宽沟槽型结构的OTFT制造。

背景技术

制造成本更低、功耗更小、速度更快的半导体器件已经成为半导体以及电子产业追求的目标之一。为实现上述目标，必须提高集成度，半导体器件的尺寸需要持续地随着技术发展而进行缩小。

传统的晶体管制造方法主要是机械加工和金属化工艺方法。机械加工对机床精度要求很高，晶体管线宽一般在毫米微米级。金属化工艺制造晶体管时需要在源漏极进行离子渗透，形成电极材料，掺杂浓度难以控制，或是通过化学试剂刻蚀基板形成沟道，在晶体管线宽较小时，存在阈值电压的漂移问题；精度一般都在微米级，难以实现较大的集成度，生产效率低下。

目前，光刻蚀和纳米压印是最常用的两种晶体管沟道制造方法。光刻蚀法可以用248nm的激光生产沟道宽度为250nm的晶体管，但其制备过程中需要掩膜，且工艺复杂，成本很高。纳米压印是使用一个物理模具或模板将图案压印入压印介质从而将图案转印到基板上，具有较高的分辨率，可以生产100nm以下的微细结构。但纳米压印需要精度很高的模板，模板制造工艺限制了其分辨率；压印介质与基板存在兼容性问题，压印过程中存在介质蒸发问题；每次都要制造一个单个的光刻版，不能大面积生产，费时且效率低下；超精细分辨率及精度需要使生产成本急剧飙升。

静电纺丝法是一种简单、经济型制备连续长一维纳米纤维的方法，如图4所示。Daoheng Sun等(Near-Field Electrospinning，NANO LETTERS，6，2006)提出近场静电纺丝(NFES)，克服了传统电纺丝纤维无序和不可控的缺点，实现了纺丝定位，能够制造出直径为50～500nm、排列有序的纳米纤维。

发明内容

本发明的目的在于提出一种小线宽沟道的制备方法，利用近场静电纺丝技术的定位技术，在基板上沟槽位置喷印一条有机水溶性材料的亚微米级纤维；待纤维固化后，在有机水溶性材料直纤维两侧分别印刷疏水性有机薄膜晶体管的源极和漏极图案；待电极图案固化后，将基板放入蒸馏水中，使有机水溶性材料纤维溶解入水中，形成小线宽沟道。本发明的制备工艺可减小TFT的沟道宽度，获得沟道宽度在50nm～1μm的TFT，从而提高TFT器件的性能。具有制造成本低、工艺简单、对环境要求低、可实现亚微米甚至纳米沟道宽度的特点。

为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种小线宽沟道的制备方法，包括如下步骤：

1)在有机半导体层上沟道区喷印一条有机水溶性材料的亚微米级纤维；

采用水溶性有机材料溶液作为静电纺丝的墨液来制备纤维，其中，溶液与有机半导体层(衬底)的润湿角约为90°；采用近场电纺丝工艺将所述纤维定位到有机半导体层上的沟道处，所形成的纤维直径约为50nm～1μm；

2)待纤维固化后，在有机水溶性材料直纤维两侧分别印刷疏水性有机薄膜晶体管的源极和漏极图案

纤维完全固化后，采用不溶于水的疏水性电极材料作为墨液在有机半导体层上印刷电极，从而在所述纤维两侧形成电子器件的源极和漏极。

可采用常规印刷工艺，如电喷雾、气喷等，由于电极墨液对纤维的非润湿性，墨液会铺展到纤维的两侧

待疏水性电极材料固化后，如果疏水性电极材料(如纳米金属材料)形成电极需要烧结，则对上述形成的源极和漏极进行烧结。如果疏水性电极材料形成电极不需要烧结，则直接进行下一步。

3)待电极图案固化后，将基板放入蒸馏水中，使有机水溶性材料纤维溶解入水中，形成小线宽沟道

电极墨液固化后将器件放入蒸馏水或水性溶剂中中，纤维溶于水或溶剂中，即可形成小线宽的沟道。

本发明还公开了一种OTFT的制备方法，包括：

1)选取基底，基底材料不能溶于水或水性溶剂。

2)在基底上制备OTFT的栅极，有机绝缘层和有机半导体层，栅极、有机绝缘层和有机半导体层材料都不能溶于水或水性溶剂。

3)利用上述小线宽沟道的制备方法在有机半导体层上制备小沟道。

本发明工艺简单，制造成本低，它利用喷墨打印等低分辨率(微米级)工艺制备了高分辨率沟道(纳米级)的电子器件，这是其它普通工艺难以实现的。此外，本发明为非接触式工艺，能够用来制备生物器件。

附图说明

图1为本发明工艺流程图

图2为本发明专利制备沟道的截面图

图3为本发明专利制备沟道的俯视平面图

图4为近场电纺丝的结构示意图