[发明专利]一种新型底栅结构的柔性薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体薄膜晶体管技术领域，具体涉及一种新型底栅结构的柔性薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)根据栅极位置不同可以分为底栅结构和顶栅结构两大类，顶栅结构的特点是栅极在顶部，虽然这种结构的源漏电极可以采用光刻工艺制备高精度的沟道，但不利于形成栅极的拓展结构，且栅极结构的弯曲可能会引起电极与拓展部位的接触区域的错位；底栅结构的特点是栅极直接沉积于衬底上，可实现电极与拓展结构的良好接触，且底栅结构薄膜晶体管可先制备绝缘层，再根据接触类型按顺序制备有源层和源漏电极，制备过程中对绝缘层进行处理可有效提高绝缘层的平整度，使其与有源层形成良好的接触，优化器件的性能。

传统的薄膜晶体管中采用的金等金属电极通常通过蒸镀或电子束蒸发的方法制备，工艺复杂，成本高；采用的氧化铝等金属氧化物类绝缘层通常通过溅射/原子层沉积等方法制备，工艺复杂，成本高，且金属氧化物类绝缘层材料易碎，限制了其广泛应用。随着柔性可穿戴设备、柔性传感器等柔性器件的快速发展，对半导体技术中的基础元件——晶体管也提出了更高的要求，因此，若能制得柔性的薄膜晶体管，对实现器件的阵列化、集成化，以及拓宽柔性薄膜晶体管的应用范围具有积极的意义。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种新型底栅结构的柔性薄膜晶体管及其制备方法。本发明薄膜晶体管采用PMMA作为绝缘层、Ag纳米线薄膜作为导电电极层，利用PMMA薄膜耐弯折高绝缘的特点、以及Ag纳米线薄膜耐弯折高电导率的特点，克服了薄膜晶体管在弯折条件下易损坏的缺陷，使其能应用于大面积柔性显示、电子纸、传感器等领域。

本发明的技术方案如下：

一种新型底栅结构的柔性薄膜晶体管，自下而上依次为柔性衬底、栅电极、绝缘层、有源层和源漏电极，所述栅电极和源漏电极为银纳米线薄膜，所述绝缘层为PMMA薄膜。

进一步地，所述柔性衬底为聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯等。

进一步地，所述有源层为IGZO(In-Ga-Zn-O)薄膜、ITZO(In-Ti-Zn-O)薄膜、IAZO(In-Al-Zn-O)薄膜等。

进一步地，所述柔性衬底的厚度为0.2～0.3mm，所述栅电极的厚度为80～100nm，所述绝缘层的厚度为500～800nm，所述有源层的厚度为70～100nm，所述源漏电极的厚度为80～100nm。

进一步地，所述柔性衬底采用旋涂法制备，所述栅电极采用喷涂法或旋涂法制备，所述绝缘层采用喷涂法或旋涂法制备，所述有源层采用溅射法制备，所述源漏电极采用喷涂法或旋涂法制备。

一种新型底栅结构的柔性薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：制备柔性衬底，清洗备用；

步骤2：在步骤1得到的柔性衬底上制备银纳米线薄膜，作为栅电极；

步骤3：在步骤2得到的栅电极上制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，作为绝缘层；

步骤4：在步骤3得到的绝缘层上采用磁控溅射法制备有源层；

步骤5：在步骤4得到的有源层上制备银纳米线薄膜，作为源漏电极。

进一步地，步骤1所述柔性衬底为聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯等；其中，制备聚二甲基硅氧烷柔性衬底的具体过程为：将聚二甲基硅氧烷主剂和硬化剂按质量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空环境下放置10～30min以除去气泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液；然后在硅烷化处理后的玻璃基片上旋涂上述聚二甲基硅氧烷旋涂液；最后将旋涂后的带聚二甲基硅氧烷的玻璃基片在60～80℃温度下干燥1～3h进行固化成型，将固化成型后的聚二甲基硅氧烷薄膜剥离下，进行等离子体氧处理使其表面亲水，即可得到厚度为0.2～0.3mm的聚二甲基硅氧烷柔性衬底。