[发明专利]一种基于硅纳米膜的柔性金属型双底栅晶体管及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性纳米级薄膜晶体管。特别是涉及一种基于硅纳米膜的柔性金属型双底栅晶体管及制造方法。

背景技术

近年来，柔性电子器件以其结构轻薄、可弯曲折叠、机械性能稳定、高效及更轻的质量和低成本制造工艺等特点得到国内外广泛关注和研究。各种各样的电子产品被开发出来，低频领域包括柔性显示、电子标签以及一些低成本集成电路，高频领域的应用包括仿真皮肤、柔性光电探测器、太阳能阵列电路，生物医学传感器等。柔性薄膜晶体管是组成这些柔性电路的必不可少的元件之一。传统的顶栅薄膜晶体管在制作栅层时需要采用高温PECVD技术，因而对柔性衬底的耐高温等要求很高，制作工艺复杂。本发明采用低温真空电子束蒸镀技术，研究设计一种基于柔性PEN衬底的金属型底栅薄膜晶体管，有望应用在可折叠相控阵列天线、远程射频识别、生物医学遥感和军事通信等领域。结合硅纳米薄膜的优良特性及强大的双底栅驱动能力实现高性能的柔性薄膜晶体管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可应用在柔性射频领域的基于硅纳米膜的柔性金属型双底栅晶体管及制造方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于硅纳米膜的柔性金属型双底栅晶体管，包括由下至上依次设置的柔性衬底、柔性导电层和柔性介电层，所述的柔性介电层上下贯通的形成有直通到柔性导电层上表面的第一通孔和第二通孔，所述柔性介电层的上表面，依次并排设置有由硅纳米薄膜构成的第一N型掺杂区、第一未掺杂区、第二N型掺杂区、第二未掺杂区和第三N型掺杂区，其中，所述第一N型掺杂区通过互连线连接设置在柔性介电层上表面的第一源极，所述第三N型掺杂区通过互连线连接设置在柔性介电层上表面的第二源极，所述第二N型掺杂区通过互连线连接设置在柔性介电层上表面的漏极，所述柔性介电层的上表面还设置有栅极，所述栅极通过互连线分别贯穿所述的第一通孔和第二通孔连接柔性导电层。

所述的柔性衬底为塑料PEN基底。

所述的柔性导电层为ITO透明导电薄膜。

所述的柔性介电层为氧化锌介电层。

所述的第一源极、第二源极、栅极、漏极和互连线均是由铬金形成。

所述的第一通孔和第二通孔在介电层上为中间位置对称的两个通孔。

一种基于硅纳米膜的柔性金属型双底栅晶体管的制作方法，包括如下步骤：

1)衬底准备：选用PEN作为衬底，用氢氟酸和等离子水清洗；

2)用磁控溅射镀膜机在清洗过的PEN基底上依次淀积70nm厚的ITO透明导电薄膜层和200nm厚的氧化锌介电层；

3)在SOI片子上依次并排形成第一N型掺杂区域、第一未掺杂区域、第二N型掺杂区域、第二未掺杂区域和第三N型掺杂区域；

4)在SOI上光刻孔；

5)硅薄膜转移；

6)在氧化锌介电层上且位于硅薄膜两侧对称形成有两个直通ITO透明导电薄膜层上表面的通孔；

7)形成互连线和电极，包括：

在转移的硅薄膜表面旋涂负性光刻胶，对准第一N型掺杂区域、第一未掺杂区域、第二N型掺杂区域、第二未掺杂区域和第三N型掺杂区域进行光刻，然后采用真空电子束蒸镀方式在硅薄膜表面镀30nm/400nm厚度的Cr/Au金属，用丙酮对残余的光刻胶进行剥离后形成互连线和电极，进而形成基于硅纳米膜的柔性金属型双底栅晶体管。

步骤3)包括：

(1)用划片刀切割得到5mm×5mm尺寸的SOI片子，依次用丙酮、异丙醇和等离子水清洗；

(2)在所述的SOI表面旋涂正性光刻胶后曝光显影；

(3)在曝光显影后的SOI表面中的25μm×100μm的矩形区域内并排依次形成第一至第五共5个5μm×100μm尺寸的矩形图案；

(4)将第一、第三和第五个矩形图案形成不涂光刻胶部分，将第二和第四个矩形图案形成涂光刻胶的图案，并做好第一层光刻对准标记，在SOI表面上除所述的25μm×100μm的矩形区域和光刻对准标记以外的其他区域，全部旋涂有光刻胶；

(5)采用25Kev能量和4×10¹⁵㎝²的注入剂量进行磷离子注入，实现对第一、第三和第五个不涂光刻胶的矩形图案的N型掺杂，从而依次并排形成第一N型掺杂区域、第一未掺杂区域、第二N型掺杂区域、第二未掺杂区域和第三N型掺杂区域。