專利名稱：直接在SiO₂介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并五苯薄膜晶體管的制備方法，特別涉及一種直接在
Si02介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方法；該并五苯薄膜晶體管的遷移率 可高達(dá)1 cm2V-1s-1。
背景技術(shù)：
有機(jī)電子器件可以通過(guò)真空鍍膜、溶液旋涂、噴墨打印、圖案壓印等方 法制備,具有制備工藝簡(jiǎn)單、低成本(僅為硅芯片的1%-10%)、易封裝、可與 柔性襯底兼容以及可在室溫條件下處理和可大面積批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)要求 大覆蓋面積、機(jī)械彈性(柔性)、低溫處理尤其是低成本時(shí)，有機(jī)電子器件有 望滿足低端電子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的需求，因此近年來(lái)引起人們極大的研究興趣。 有機(jī)薄胰晶體管是有機(jī)電子器件的核心元件，它的童要器件參數(shù)包括載流
子遷移率、電流開(kāi)關(guān)比、閾值電壓和亞閣值斜率。其中載流子遷移率決定晶 體管的速度和飽合電流，是評(píng)判有機(jī)薄膜晶體管優(yōu)劣的最重要的器件指標(biāo)。
由于良好的穩(wěn)定性和相對(duì)高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率，并五苯(Pentacene C22H") 成為最為廣泛的有機(jī)p型半導(dǎo)體材料。并五苯多晶薄膜在薄膜晶體管中作為 導(dǎo)電溝道層一般是釆用真空蒸鍍的方法制備而成。介電層是并五苯基薄膜晶 體管中重要的組成部分，可選擇多種介電材料，其中最為廣泛應(yīng)用的是在硅 襯底上熱氧化生成的二氧化硅層(Si02 )。對(duì)有機(jī)小分子半導(dǎo)體薄膜的研究表 明，導(dǎo)電溝道主要存在于有機(jī)薄膜的最初幾個(gè)分子層之中，因此并五苯薄膜 的初始生長(zhǎng)狀態(tài)對(duì)器件載流子遷移率的影響最大。 一般而言沉積并五苯的襯 底要盡量平整,有機(jī)薄膜沉積速率足夠慢，以利于并五苯分子初始生長(zhǎng)時(shí)形成 連續(xù)完整的膜。同時(shí)高的真空度和一定的生長(zhǎng)溫度都有利于高質(zhì)量高遷移率 薄膜的獲得。然而,即使是在非常平整的熱氧化二氧化硅介電層上生長(zhǎng)的并五 苯薄膜，目前文獻(xiàn)報(bào)道的生長(zhǎng)模式、薄膜結(jié)構(gòu)以及場(chǎng)效應(yīng)遷移率的差別也非 常大。這主要是由于并五苯薄膜的生長(zhǎng)對(duì)襯底的表面清潔度、表面能、界面偶極等非常敏感。不同的表面清洗工藝包括濕法清洗、干法清洗和表面處理
工藝(如引入長(zhǎng)鏈烷烴自組裝層十八烷基三氯硅烷0TS等)都能對(duì)有機(jī)薄膜 晶體管遷移率產(chǎn)生很大影響。目前在未加修飾的Si02表面制備的并五苯場(chǎng)效 應(yīng)晶體管的遷移率普遍不高，從O. lcmY's-i到0. 5cmV、—i不等，這主要是 由于與硅片清洗具有完整的工業(yè)化流程如(SC-1， SC-2等)不同，人們迄今 為止還沒(méi)找到 一種普遍認(rèn)可的有利于并五苯生長(zhǎng)的S i 02清洗工藝。
目前，基于SiO廠OTS并五苯有機(jī)薄膜晶體管的載流子遷移率可達(dá)到1 cmTY1以上，但這類方法需要涉及比較復(fù)雜的單分子自組裝層的制備工藝， 在處理過(guò)程中還會(huì)使用許多有毒試劑如曱苯、氯仿等，對(duì)人體和環(huán)境皆存在 潛在危害。而且在修飾過(guò)OTS和未加修飾的二氧化硅表面生長(zhǎng)的并五苯薄膜 的形貌完全不同，預(yù)示著兩種情況的并五苯生長(zhǎng)^t式也不相同。所以^v實(shí)際 應(yīng)用和基礎(chǔ)科學(xué)研究的角度，都需要一種能夠直接在二氧化硅表面上獲得高 遷移率的并五苯薄膜晶體管的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新的、環(huán)境友好的、易于執(zhí)行的直接在二氧 化硅介質(zhì)層上制備高遷移率并五苯有機(jī)薄膜晶體管的方法.
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣完成的
本發(fā)明提供的直接在Si02介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方法，包
括
在襯底層上制備柵電極； 在柵電極制備Si02介電層；
在Si02介電層上制備并五苯薄膜；和在并五苯薄膜上分別制備源電極和 漏電極；其特征在于，所述的在Si02介電層上制備并五苯薄膜為直接在Si02 介電層上制備并五苯薄膜；其步驟為
先用濃度5wt % ~ 29wt %的氨水溶液超聲清洗Si02介電層；
再采用真空蒸鍍的方法在經(jīng)超聲清洗Si02介電層沉積蒸鍍并五苯薄膜， 其沉積速度為0. 001 ~ 0. 04nm/s，真空度為1 x 10_5mbar ~ 1 x l(T'mbar，溫度 為室溫到6(TC，沉積的并五苯薄膜厚度為30-100nm。
所述的襯底層為硅片、ITO(氧化銦錫)玻璃片、PS(聚苯乙烯)柔性片、 PI(聚酰亞胺)柔性片、P腿A (聚曱基丙烯酸曱酯)柔性片。。所述的柵電極為金屬電極或B、 P摻雜的硅片。
所述Si02介電層為熱氧化或者采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備的 Si02介電層，其厚度為lOOnm-500nm。
在上述方案中所述的源電極為Au電極、Pt電極、Ag電極或Al電極； 所述的漏電極為為Au電極、Pt電極、Ag電極或Al電極。
本發(fā)明提出的環(huán)境友好、易于并五苯成膜的Si02介電層表面處理清洗工 藝用氨水溶液對(duì)Si02介電層表面進(jìn)行處理，在不改變硅片粗糙度的同時(shí)能 提供更親水的表面以利于并五苯分子在表面成膜；其原理是(1 )選用與APM 清洗方法類似的NHJU)/H20溶液清洗Si02介電層表面，可有效的去除Si02 介電層表面的顆粒和金屬沾污；(2 )上述處理的Si02介電層表面可獲得大的 并五苯遷移(擴(kuò)散)長(zhǎng)度，獲得完整的，無(wú)眾多疇邊界缺陷的二維膜。
本發(fā)明相對(duì)已有4支術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明所提出的制備并五苯有機(jī)薄膜晶體管的方法相對(duì)于目前制備基于 二氧化硅的并五苯有機(jī)薄膜晶體管的方法來(lái)說(shuō)更環(huán)保，更簡(jiǎn)單，更安全.本發(fā) 明所提供的方法能在未加修飾的二氧化硅上制備遷移率高達(dá)1. QcmWi并 五苯有機(jī)薄膜晶體管。


圖1為本發(fā)明方法制備的并五苯薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a、圖2b和圖2c為在相同并五苯沉積條件下沉積的名義厚度為0. 5
單分子層的并五苯薄膜在不同表面處理工藝處理的Si02介電層表面的
AFM形貌圖。
其中圖2a為0. 5ML并五苯在采用丙酮、乙醇和超純水清洗處理的Si02 介電層表面的AFM形貌圖2b為0. 5ML并五苯在采用傳統(tǒng)的APM ( SC-1 NH4OH\H202\H20 )和 HPM(SC-2 HC1VH20AH20清洗處理的SiOz介電層表面的AFM形貌圖 圖2c為0. 5ML并五苯在采用實(shí)施例1的表面處理的Si02介電層表 面的AFM形貌圖。
五苯薄膜晶;管):輸ii性質(zhì)曲線。、5 、、,，"圖4為采用不同表面處理方式所獲得器件(并五苯薄膜晶體管)的轉(zhuǎn)移曲線。
在圖3和圖4中
曲線a為釆用丙酮、乙醇、超純水清洗Si02介電層表面所獲得的并五 苯薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線；
曲線b為采用傳統(tǒng)的APM和HPM清洗Si02介電層表面所獲得的并五苯
薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線；
曲線c采用實(shí)施例1的表面處理工藝清洗Si02介電層表面所獲得的并 五苯薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移曲線。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明 實(shí)施例1
參考圖1.首先在襯底上制作柵電極，本實(shí)施例中采用n型重?fù)诫s硅片作 為襯底同時(shí)作為柵極；Si02介電層釆用熱氧化Si02介電層，厚度在100~ 500腿均可；Si02介電層表面的清洗是在氨水溶液中超聲清洗，其中氨水 溶液濃度13wt%，經(jīng)AFM測(cè)試本實(shí)施例的經(jīng)氨水處理前后的Si02介電層表 面的粗糙度沒(méi)有變化；接觸角測(cè)試表明處理后接觸角變??；隨后在表面處理 后的Si02介電層上釆用真空蒸鍍的方法制備并五苯薄膜，沉積速度0. 001 ~ 0. 04nm/s,真空度為1 x l(T5mbar~l x 10—7mbar，襯底溫度為室溫到60°C,厚 度為30 ~ 100nm;再在并五苯薄膜上分別制備源電極和漏電極，其中源漏電極 采用的材料可以是Au、 Pt、 Ag或者Al;
2a、圖2b和圖2c為在相同并五苯沉積條件下沉積的名義厚度為0.5 單分子層的并五苯薄膜在不同表面處理工藝處理的Si02介電層表面的 AFM形貌圖
圖2a為0. 5ML并五苯在采用丙酮、乙醇和超純水清洗處理的Si02介電 層表面的AFM形貌圖2b為0. 5ML并五苯在采用傳統(tǒng)的APM ( SC-1 NH4OH\H202\H20 )和 HPM(SC-2 HC1\H202\H20清洗處理的Si02介電層表面的AFM形貌圖 圖2c為0. 5ML并五苯在采用本實(shí)施例的表面處理的Si02介電層表面的 AFM形貌圖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明所提出的二氧化硅表面處理方法可以使并五苯分子初始生長(zhǎng)是以層狀模式而不是以島狀模式生長(zhǎng)，這相對(duì)于一般的 清洗工藝而言大大改善了并五苯薄膜的連續(xù)性，使其載流子遷移率達(dá)到
1. 00 cm2V—Y1，遠(yuǎn)大于圖2a和圖2b方法處理的載流子遷移率0. 22 cm2V—'s—1 和0. 17 cm2V—、—1。
實(shí)施例2
參考圖1.首先在襯底上制作柵電極，本實(shí)施例中采用n型重?fù)诫s硅片作為 襯底同時(shí)作為柵極；介電層采用熱氧化Si02介電層，厚度約250nm;介電層 表面清洗的方法是在氨水溶液中超聲清洗，其中氨水溶液濃度5wt%;隨 后在表面處理后的Si02介電層上，采用真空蒸鍍的方法制備并五苯薄膜，沉 積速度0. 001 ~ 0. 04nm/s,真空度為1 x 10—5mbar—1 x 10_7mbar,襯底溫度為 室溫到60°C,厚度為30 100nm;再在并五苯薄膜上分別制備源電極和漏電 極，其中源漏電極采用的材料可以是Au、 Pt、 Ag或者Al;
實(shí)施例3
參考圖1。襯底采用ITO(氧化銦錫)玻璃；柵電極為Au，厚度為150腿；Si02 絕緣層采用PECVD方法制備，厚度為200nrn; Si02介電層表面清洗的方法是 在氨水溶液超聲清洗，其中氨水溶液濃度29wt。/。；隨后在表面處理后的Si02 絕緣層上，沉積速度0. 001 ~ 0. 04腿/s，真空度為1 x 10—5mbar~l x 10—7mbar， 襯底溫度為室溫到60°C，厚度為30 100nm;再在并五苯薄膜上分別制備源 電極和漏電才及，其中源漏電才及采用的材料可以是Au、 Pt、 Ag或者Al;
本發(fā)明涉及的實(shí)施方式還可以多樣化。襯底除了采用硅片外還可以是ITO(氧 化銦錫)玻璃，柔性襯底如PS(聚苯乙烯)、PI(聚酰亞胺)、P畫A(聚曱基 丙埽酸曱酯)等；柵電極除了 B、 P摻雜的硅片還可以采用Au、 Ag、 Pt、 In 等金屬；源漏電極除了采用Au外，還可以采用Pt、 Ag、 Al等；并五苯薄膜 的沉積條件真空度1 x l(r5mbar ~ 1 x 10-7mbar，襯底溫度可為室溫到60°C, 沉積速度0. 001 ~ 0. 04nm/s;各層的厚度不唯一，Si02介電層厚度為 lOOnm-500nm,并五苯薄膜厚度30-1G0nm。
權(quán)利要求
1.一種直接在SiO2介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方法，包括在襯底層上制備柵電極；在柵電極制備SiO2介電層；在SiO2介電層上制備并五苯薄膜；和在并五苯薄膜上分別制備源電極和漏電極；其特征在于，所述的在SiO2介電層上制備并五苯薄膜的步驟為先用濃度5wt％～29wt％的氨水溶液超聲清洗SiO2介電層；再采用真空蒸鍍的方法在經(jīng)氨水溶液清洗的SiO2介電層上蒸鍍并五苯薄膜，其沉積速度為0.001～0.04nm/s，真空度為1×10-5mbar～1×10-7mbar，溫度為室溫到60℃，沉積的并五苯薄膜厚度為30-100nm。
2. 按權(quán)利要求1所述的直接在Si02介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方 法，其特征在于，所述的襯底層為硅片、ITO (氧化銦錫)玻璃片、PS(聚苯 乙烯)柔性片、PI(聚酰亞胺)柔性片、P畫A (聚曱基丙烯酸曱酯)柔性片。
3. 按權(quán)利要求1所述的直接在Si02介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方 法，其特征在于，所述的柵電極為金屬電極或B、 P摻雜的硅片。
4. 按權(quán)利要求1所述的直接在Si02介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方 法，其特征在于，所述Si02介電層為熱氧化或者采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法制備的Si02介電層，其厚度為lOOnm-500nm。
5. 按權(quán)利要求1所述的直接在Si02介電層上制備并五苯薄膜晶體管的 方法，其特征在于，所述的源電極為Au電極、Pt電極、Ag電極或Al電極； 所述的漏電極為Au電極、Pt電極、Ag電極或Al電極。
全文摘要
一種直接在SiO₂介電層上制備并五苯薄膜晶體管的方法，包括在襯底層上制備柵電極；在柵電極上制備SiO₂介電層；在SiO₂介電層上制備并五苯薄膜；和在并五苯薄膜上分別制備源電極和漏電極；在SiO₂介電層上制備并五苯薄膜的步驟為先用濃度5wt％～29wt％的氨水溶液超聲清洗SiO₂介電層；再采用真空蒸鍍的方法在經(jīng)超聲清洗SiO₂介電層沉積蒸鍍并五苯薄膜，其沉積速度為0.001～0.04nm/s，真空度為1×10^-5mbar～1×10^-7mbar，溫度為室溫到60℃，沉積的并五苯薄膜厚度為30-100nm。該方法簡(jiǎn)單，安全和環(huán)保，且能獲得高遷移率的晶體管。
文檔編號(hào)H01L51/40GK101587940SQ20081011197
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者余愛(ài)芳, 潮 江, 瓊 祁 申請(qǐng)人:國(guó)家納米科學(xué)中心