[发明专利]薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的薄膜晶体管及其制备方法。

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。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，即，具有较好的P型或N型单极性。

现有技术中，薄膜晶体管中半导体层采用半导体材料，栅极、源极和漏极采用金属材料，由于半导体层与源极及漏极采用不同的材料，半导体层与源极及漏极之间存在较大的界面势垒，降低了开关电流比，这对薄膜晶体管的性能将产生不利影响。并且，现有的半导体层与源极及漏极厚度较大，不利于器件的整体透光性能。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种具有较大的开关电流比和较好的透光性的薄膜晶体管。

一种薄膜晶体管，包括：一绝缘层，该绝缘层具有相对的第一表面和第二表面；一栅极设置于所述绝缘层的第一表面；一半导体层、一源极和一漏极设置在所述绝缘层的第二表面，该源极和该漏极相互间隔设置且分别与所述半导体层电接触，其中，所述栅极、所述源极和所述漏极均由一第一单壁碳纳米管层组成，该第一单壁碳纳米管层的薄膜电阻小于等于10kΩ/□，所述半导体层由一第二单壁碳纳米管层组成，该第二单壁碳纳米管层的薄膜电阻大于等于100kΩ/□。

一种薄膜晶体管，包括：一栅极；通过一绝缘层与该栅极绝缘设置的一半导体层、一源极和一漏极，该源极和该漏极相互间隔设置且分别与该半导体层电接触，其中，所述栅极、所述源极和所述漏极均由一第一单壁碳纳米管层组成，所述半导体层由一第二单壁碳纳米管层组成，所述第一单壁碳纳米管层中单壁碳纳米管的分布密度是第二单壁碳纳米管层中单壁碳纳米管的分布密度的20倍以上，所述第二单壁碳纳米管层中的多个单壁碳纳米管的分布密度小于等于1根/平方微米。

一种薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：提供一绝缘基底；提供一第一单壁碳纳米管层，该第一单壁碳纳米管层通过在一生长基板表面直接生长获得，该第一单壁碳纳米管层的薄膜电阻为小于等于10kΩ/□；将上述第一单壁碳纳米管层从生长基板表面转移到所述绝缘基底表面获得一栅极；形成一绝缘层覆盖所述栅极；提供另一上述第一单壁碳纳米管层，并转移到所述绝缘层远离栅极的表面；刻蚀该第一单壁碳纳米管层，获得间隔设置的一源极和一漏极；提供一第二单壁碳纳米管层，该第二单壁碳纳米管层通过在一生长基板表面直接生长获得，该第二单壁碳纳米管层的薄膜电阻为大于等于100kΩ/□；将该第二单壁碳纳米管层从生长基板转移覆盖所述源极和漏极以作为半导体层；以及，刻蚀所述源极及漏极之间的部分第二单壁碳纳米管层形成一沟道区域，所述沟道区域的长度与宽度的比值大于1。

与现有技术相比较，所述薄膜晶体管通过将薄膜电阻较小的第一单壁碳纳米管膜作为所述栅极、源极及漏极，薄膜电阻较大的第二单壁碳纳米管膜作为半导体层，即，所述栅极、半导体层、源极及漏极均由单壁碳纳米管组成，因而降低了所述半导体层与所述源极及漏极之间的界面电阻，提高了所述薄膜晶体管的电子迁移率及开关电流比；并且，由于单壁碳纳米管的直径小于10纳米，因而所述薄膜晶体管的整体厚度较小，透光性较好。所述薄膜晶体管的制备方法较简单，易于工业化应用。

附图说明

图1是本发明第一实施例薄膜晶体管的结构示意图。

图2是本发明第一实施例薄膜晶体管的结构分解示意图。

图3是本发明第一实施例提供的第一单壁碳纳米管层的扫描电镜图。

图4是本发明第一实施例提供的第二单壁碳纳米管层的扫描电镜图。

图5是本发明第一实施例薄膜晶体管的开关电流比的性能测试图。

图6是本发明第一实施例薄膜晶体管的制备方法的流程示意图。

图7是本发明第一实施例生长第一单壁碳纳米管层时于生长基板表面沉积的催化剂的原子力显微镜图。