[发明专利]一种改进亚阈值摆幅和开关比的有机薄膜晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种改进亚阈值摆幅和开关比的有机薄膜晶体管及制备方法，对比对象为现有技术制备的顶栅底接触结构有机薄膜晶体管。通过掩膜版在现有技术制备的顶栅底接触结构有机薄膜晶体管的栅极上真空热蒸镀出20~40纳米的栅极保护层，再依次采取干氧刻蚀及紫外曝光刻蚀的方式，利用有机薄膜晶体管中栅极的自对准作用，将未被栅极所覆盖的绝缘介电层和半导体沟道层刻蚀。本发明提高了有机半导体沟道载流子产生速率，并且防止源漏电极附近，未被栅极覆盖的半导体沟道层激发出载流子，使关态电流增加。在保持良好电学性能的同时，减小了亚阈值摆幅并且提高了开关比，具有成本低廉、工艺便捷且适用于各类顶栅底接触结构有机薄膜晶体管的特点。

技术领域

本发明属于电子材料及器件技术领域，涉及半导体制造，具体地说是一种改进亚阈值摆幅和开关比的有机薄膜晶体管及制备方法。

背景技术

随着社会生活对于柔性电子产品的需求日益趋涨以及有机半导体制造工艺的逐渐完善，有机半导体材料已经广泛应用于薄膜晶体管中，并且在许多领域都有成功的商业应用，如大规模互补集成电路、平板显示器的驱动电路和离子敏气体传感器等。目前，顶栅底接触是有机薄膜晶体管中较常用的一种结构，其最常用的成膜方法是有机溶液旋涂法，它具有成本低、易于大面积制备、工艺和设备简单和适合打印生产等优点。

但是，由于有机半导体材料的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LOMO)的能量差较小，在实际运用中往往会表现出双极性。这会导致器件工作在“关”态时，容易在沟道中激发出少子并参与导电，造成源漏电流增大，并进一步导致器件开关比下降以及亚阈值摆幅增大。此外，采取有机溶液旋涂法制备的顶栅底接触结构有机薄膜晶体管，其形成的大面积半导体沟道层和绝缘介电层在源漏电极上方，无法有效隔离不同晶体管之间的连接，从而等效于在源漏电极附近连接串联电阻，导致相邻晶体管之间耦合作用变强，相互影响。这些问题均严重限制了有机薄膜半导体的实际运用。

因此，为了解决有机薄膜晶体管易呈现双极性、开关比低、亚阈值摆幅大、漏电大的难题，加快实现顶栅底接触结构有机薄膜晶体管的实用化，需要开发相应的成本低廉、工艺便捷的器件图形化技术，从而提高各类顶栅底接触结构有机薄膜晶体管的器件性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术制备的有机薄膜晶体管易呈现双极性、开关比低、亚阈值摆幅大、漏电大、图形化程度低的不足而提供的一种改进亚阈值摆幅和开关比的有机薄膜晶体管及制备方法，其制备方法适用于所有顶栅底接触结构有机薄膜晶体管。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种改进亚阈值摆幅和开关比的有机薄膜晶体管的制备方法，该有机薄膜晶体管为顶栅底接触结构，自下而上依次为：衬底、源极电极和漏极电极、半导体沟道层、绝缘介电层和栅极电极；其特征在于，在所述有机薄膜晶体管的栅极上，制备栅极保护层，然后依次通过干氧刻蚀及紫外曝光刻蚀，将未被栅极所覆盖的绝缘介电层和半导体沟道层刻蚀；具体包括以下步骤：

步骤1：制备顶栅底接触结构有机薄膜晶体管

具体制备过程，参阅中国发明专利申请CN 108288672 A；

步骤2：栅极保护层的制备

使用光学显微镜，校准顶栅底接触结构有机薄膜晶体管栅极与不锈钢掩膜版的开口位置，使其重叠，再利用真空热蒸发法在栅极上制备20～40纳米的铝薄膜，作为栅极的保护层；

步骤2：干氧刻蚀

将制备有栅极保护层的有机薄膜晶体管，置于干氧刻蚀机腔体中；打开氧气瓶阀门，设置氧气气体流速为5～100毫升/秒，清洗腔内环境；设置干氧刻蚀功率为50～400瓦，设置干氧刻蚀时间为5～400秒，启动干氧刻蚀机；待一次干氧刻蚀完毕后，取出有机薄膜晶体管，置于室温至完全冷却后，再放入干氧刻蚀机，以相同的条件进行再次刻蚀，重复2～5次；

步骤3：紫外曝光刻蚀