专利名称：金属环形栅有机晶体管结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有机电子学技术领域，尤其涉及一种金属环形栅有机晶体 管结构及其制备方法。
背景技术：
随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环 节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求 越来越大。传统的基于无机半导体材料的器件和电路很难满足这些要求， 因此，可以实现这些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机微电子技 术，在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。
有机场效应晶体管作为有机电路的基础元器件，其性能对电路的性能 起着决定性的作用。其中迁移率决定了器件工作的快慢，进而影响电路的
工作频率；电压，包括工作电压和阈值电压，决定了器件以及电路的功耗。 在实际应用中，器件将要满足各种各样的需求，这就要求器件的性能参数 是可调的。
目前，调节有机器件性能的方法主要有改变器件的结构参数、改变材 料的生长参数、对表面进行修饰等。本发明提供了一种性能可简易调节的 有机场效应晶体管结构，通过引进环形的栅、源、漏电极来形成非对称的 电极结构，从而可以通过调节电极的参数进一步调节器件的性能，如工作 电压、阈值电压和输出输入阻抗等。
发明内容
(一)要解决的技术问题 有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种金属环形栅有机晶体管结 构，通过非对称的电极结构可以较为方便地调节沟道电流和阈值电压，为 有机电路的应用提供一种简便实用的结构。本发明的另一个目的在于提供一种制备金属环形栅有机晶体管结构 的方法，为实现非对称结构的器件提供一种方法。
(二)技术方案 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 一种金属环形栅有机晶体管结构，该结构包括 一绝缘衬底；
在该绝缘衬底表面制备的环形栅电极；
在该绝缘衬底表面及环形栅电极上制备的栅介质层；
在栅介质层上制备的有机半导体层；
在该有机半导体层圆形表面制备的圆形源电极和环形漏电极。 上述方案中，所述绝缘衬底为生长有绝缘薄膜的硅片，或为玻璃，或 为塑料薄膜。
上述方案中，所述环形栅电极采用金属导电材料或有机物导电材料， 该金属导电材料为金、铝、铂、铜或银，该有机物导电材料为PEDOT:PSS。
上述方案中，所述栅介质层为无机介质材料或有机介质材料，该无机 介质材料为氧化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钜或氧化铪，该有机 介质材料为聚酰亚胺PI、聚乙烯砒硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA 或聚对二甲苯parylene。
上述方案中，所述有机半导体层采用有机半导体材料并五苯、酞菁铜 CuPc、 P3HT、 6噻吩或红荧烯。
上述方案中，所述圆形源电极和环形漏电极采用高功函数金属材料或 有机物导电材料，该高功函数金属材料为金、铂或银，该有机物导电材料 为PEDOT:PSS。
上述方案中，该圆形源电极的直径小于该环形漏电极的直径，且该圆 形源电极位于该环形漏电极中心；该环形栅电极与该环形漏电极的交叠区 域小于5微米，该圆形源电极与该环形栅电极的交叠区域小于5微米。
一种制备金属环形栅有机晶体管结构的方法，该方法包括
在绝缘衬底上制备环形栅电极；
在绝缘衬底表面及该环形栅电极上制备栅介质层；
5在该栅介质层上制备有机半导体层； 在该有机半导体上制备圆形源电极和环形漏电极。
上述方案中，所述在绝缘衬底上制备环形栅电极的步骤中，当环形栅 电极为环形金属栅电极时，采用光刻加金属剥离的方法进行制备，或者采 用光刻加刻蚀的方法进行制备；当环形栅电极为环形有机物栅电极时，采 用喷墨打印的方法进行制备。
上述方案中，所述在绝缘衬底表面及该环形栅电极上制备栅介质层的 步骤中，采用电子束蒸发、溅射、原子层沉积、旋涂或喷墨打印方法进行 制备。
上述方案中，所述在该栅介质层上制备有机半导体层的步骤中，采用 真空热蒸发、旋涂和喷墨打印方法进行制备。
上述方案中，所述在该有机半导体上制备圆形源电极和环形漏电极的 步骤中，当圆形源电极和环形漏电极为金属电极时，采用电子束蒸发、溅 射和热蒸发方法进行制备，并用镂空掩膜来进行图形转移；当圆形源电极 和环形漏电极为有机电极时，采用喷墨打印进行制备。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果 本发明提供的这种金属环形栅有机晶体管结构，由于采用了非对称的 金属电极结构，增加器件性能的可控手段，通过改变电极的尺寸比例就可 以很好地控制器件的工作电流密度和阈值电压。另外，通过嵌入式的电极 结构，大大提高了器件的集成度，对比常规的对称电极，在相同的电极面 积下可以制备更多的本发明所提及的器件。
本发明另提供的这种制作金属环形栅有机晶体管结构的方法，采用低 温工艺，不会对已做好的其他有机功能薄膜造成损伤，并且能够和现有的 硅微加工技术兼容，能够充分利用现有设备，降低新器件制备的成本。
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例 ，对本发 明做详细描述，图1为本发明提供的金属环形栅有机晶体管结构的示意图其中，(a) 为剖面图，(b)为效果图2为本发明提供的制备金属环形栅有机晶体管结构的方法流程图2-1为依照图2在绝缘衬底201上制备环形栅电极202的示意图； 图2-2为依照图2在栅电极上制备栅介质层203的示意图； 图2-3为依照图2在介质层上制备有机半导体层204的示意图； 图2-4为依照图2在有机半导体上制备环形漏电极205和圆形的源电 极206的示意图3为依照本发明实施例提供的金属环形栅有机晶体管结构的示意
图4-1为依照本发明实施例在热氧化硅绝缘衬底上制备环形栅电极胶 图形的示意图4-2为依照本发明实施例在热氧化硅绝缘衬底上制备环形栅电极的 示意图4-3为依照本发明实施例在栅电极上制备栅介质层的示意图4_4为依照本发明实施例在栅介质层上制备有机半导体层的示意
图4-5为依照本发明实施例在有机半导体上制备环形漏电极和圆形源 电极的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明提供的金属环形栅有机晶体管结构的示意 图其中，(a)为剖面图，(b)为效果图；该金属环形栅有机晶体管结构 包括 一绝缘衬底、在该绝缘衬底表面制备的环形栅电极、在该绝缘衬底 表面及环形栅电极上制备的栅介质层、在栅介质层上制备的有机半导体 层，以及在该有机半导体层圆形表面制备的圆形源电极和环形漏电极。
上述绝缘衬底为生长有绝缘薄膜的硅片，或为玻璃，或为塑料薄膜等。
上述环形栅电极采用金属导电材料或有机物导电材料，该金属导电材料为金、铝、钼、铜或银等，该有机物导电材料为PEDOT:PSS。
上述栅介质层为无机介质材料或有机介质材料，该无机介质材料为氧
化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钽或氧化铪等，该有机介质材料为
聚酰亚胺(PI)、聚乙烯砒硌烷酮(PVP)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)
或聚对二甲苯(parylene)等。
上述有机半导体层采用有机半导体材料并五苯、酞菁铜(QiPc)、
P3HT、 6噻吩或红荧烯等。
上述圆形源电极和环形漏电极采用高功函数金属材料或有机物导电
材料，该高功函数金属材料为金、铂或银等，该有机物导电材料为
PEDOT:PSS。
上述圆形源电极的直径小于该环形漏电极的直径，且该圆形源电极位 于该环形漏电极中心；该环形栅电极与该环形漏电极的交叠区域小于5微 米，该圆形源电极与该环形栅电极的交叠区域小于5微米。
如图2所示，图2为本发明提供的制备金属环形栅有机晶体管结构的 方法流程图，该方法包括
歩骤201:在绝缘衬底上制备环形栅电极；
歩骤202:在绝缘衬底表面及该环形栅电极上制备栅介质层；
步骤203:在该栅介质层上制备有机半导体层；
步骤204:在该有机半导体上制备圆形源电极和环形漏电极。
上述步骤201中，当环形栅电极为环形金属栅电极时，采用光刻加金 属剥离的方法进行制备，或者采用光刻加刻蚀的方法进行制备；当环形栅 电极为环形有机物栅电极时，采用喷墨打印的方法进行制备。
上述步骤202中，采用电子束蒸发、溅射、原子层沉积、旋涂或喷墨 打印方法进行制备。
上述步骤203中，采用真空热蒸发、旋涂和喷墨打印方法进行制备。
上述步骤204中，当圆形源电极和环形漏电极为金属电极时，采用电 子束蒸发、溅射和热蒸发方法进行制备，并用镂空掩膜来进行图形转移； 当圆形源电极和环形漏电极为有机电极时，采用喷墨打印进行制备。
如图3所示，图3为依照本发明实施例提供的金属环形栅有机晶体管
8结构的示意图，该结构包括热氧化硅绝缘衬底，环形的All栅电极，聚
酰亚胺栅介质层，并五苯有机半导体层，圆形的An源电极，环形的Au
漏电极。
基于图3所述的金属环形栅有机晶体管结构的示意图，图4示出了制 备该金属环形栅有机晶体管结构的具体工艺流程图，该流程包括以下步
骤
步骤401，如图4-l所示，在热氧化硅绝缘衬底(401)上旋涂光刻胶 AZ9918 (402)，曝光显影获得环形栅电极的胶图形；
步骤402，如图4-2所示，通过真空沉积50nm的Au薄膜；然后在丙 酮溶液中进行金属剥离，去除多余的Au薄膜，形成环形栅电极(403)。
步骤403，如图4-3所示，在栅电极上通过旋涂的方法来沉积500nm 的聚酰亚胺薄膜作为栅介质层(404)。
步骤404，旋涂的聚酰亚胺薄膜在氮气氛中160。C退火，提高绝缘性 能和稳定性。
步骤405，如图4-4所示，在介质层上通过真空热蒸发的工艺沉积50nm 的并五苯作为有机半导体层(405)。
步骤406，如图4-5所示，在有机半导体上采用真空热蒸发的工艺来 沉积Au电极薄膜；通过采用镂空的掩膜版来对Au薄膜进行图形化，形 成所需的环形漏电极(406)和圆形源电极(407)。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于，该结构包括一绝缘衬底；在该绝缘衬底表面制备的环形栅电极；在该绝缘衬底表面及环形栅电极上制备的栅介质层；在栅介质层上制备的有机半导体层；在该有机半导体层圆形表面制备的圆形源电极和环形漏电极。
2、 根据权利要求1所述的金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于， 所述绝缘衬底为生长有绝缘薄膜的硅片，或为玻璃，或为塑料薄膜。
3、 根据权利要求1所述的金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于， 所述环形栅电极采用金属导电材料或有机物导电材料，该金属导电材料为 金、铝、铂、铜或银，该有机物导电材料为PEDOT:PSS。
4、 根据权利要求1所述的金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于， 所述栅介质层为无机介质材料或有机介质材料，该无机介质材料为氧化 硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钽或氧化铪，该有机介质材料为聚酰 亚胺PI、聚乙烯砒硌垸酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA或聚对二甲苯
5、 根据权利要求1所述的金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于， 所述有机半导体层采用有机半导体材料并五苯、酞菁铜CuPc、 P3HT、 6 噻吩或红荧烯。
6、 根据权利要求1所述的金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于， 所述圆形源电极和环形漏电极采用高功函数金属材料或有机物导电材料， 该高功函数金属材料为金、铂或银，该有机物导电材料为PEDOT:PSS。
7、 根据权利要求1所述的金属环形栅有机晶体管结构，其特征在于， 该圆形源电极的直径小于该环形漏电极的直径，且该圆形源电极位于该环 形漏电极中心；该环形栅电极与该环形漏电极的交叠区域小于5微米，该 圆形源电极与该环形栅电极的交叠区域小于5微米。
8、 一种制备金属环形栅有机晶体管结构的方法，其特征在于，该方法包括在绝缘衬底上制备环形栅电极； 在绝缘衬底表面及该环形栅电极上制备栅介质层； 在该栅介质层上制备有机半导体层； 在该有机半导体上制备圆形源电极和环形漏电极。
9、 根据权利要求8所述的制备金属环形栅有机晶体管结构的方法， 其特征在于，所述在绝缘衬底上制备环形栅电极的步骤中，当环形栅电极 为环形金属栅电极时，采用光刻加金属剥离的方法进行制备，或者采用光 刻加刻蚀的方法进行制备；当环形栅电极为环形有机物栅电极时，采用喷 墨打印的方法进行制备。
10、 根据权利要求8所述的制备金属环形栅有机晶体管结构的方法， 其特征在于，所述在绝缘衬底表面及该环形栅电极上制备栅介质层的步骤 中，采用电子束蒸发、溅射、原子层沉积、旋涂或喷墨打印方法进行制备。
11、 根据权利要求8所述的制备金属环形栅有机晶体管结构的方法， 其特征在于，所述在该栅介质层上制备有机半导体层的步骤中，采用真空 热蒸发、旋涂和喷墨打印方法进行制备。
12、 根据权利要求8所述的制备金属环形栅有机晶体管结构的方法， 其特征在于，所述在该有机半导体上制备圆形源电极和环形漏电极的步骤 中，当圆形源电极和环形漏电极为金属电极时，采用电子束蒸发、溅射和 热蒸发方法进行制备，并用镂空掩膜来进行图形转移；当圆形源电极和环 形漏电极为有机电极时，采用喷墨打印进行制备。
全文摘要
本发明公开了一种金属环形栅有机晶体管结构，该结构包括绝缘衬底、在该绝缘衬底表面制备的环形栅电极、在该绝缘衬底表面及环形栅电极上制备的栅介质层、在栅介质层上制备的有机半导体层，以及在该有机半导体层圆形表面制备的圆形源电极和环形漏电极。本发明同时公开了一种制备金属环形栅有机晶体管结构的方法，该方法包括在绝缘衬底上制备环形栅电极；在绝缘衬底表面及该环形栅电极上制备栅介质层；在该栅介质层上制备有机半导体层；在该有机半导体上制备圆形源电极和环形漏电极。利用本发明，通过改变电极的尺寸比例就可以很好地控制器件的工作电流密度和阈值电压，通过嵌入式的电极结构提高了器件的集成度，能够和现有的硅微加工技术兼容。
文档编号H01L51/05GK101656295SQ200810118730
公开日2010年2月24日 申请日期2008年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者明 刘, 舸 刘, 刘兴华, 商立伟, 涂德钰, 甄丽娟 申请人:中国科学院微电子研究所