专利名称：基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法
技术领域：
本发明涉及有机半导体学中的微细加工技术领域，特别是一种基于衬底修饰制备
各向异性有机场效应管的方法。
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、有 机小分子等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。提高 有机场效应管的迁移率，研究有机半导体自身的内在性质一直是该领域追求的目标。
在研究如何提高有机晶体管性能的过程中人们发现有机半导体的一个新特性载 流子迁移率的各向异性，即当载流子输运方向和薄膜材料的取向相平行时的迁移率远大于 互相垂直时的迁移率。 目前制备各向异性有机场效应管的方法主要是在介质层上通过沿一定方向擦拭 的方法涂附上一层作为诱导物的有机材料，然后沉积生长有机半导体材料，形成各向异性 的薄膜。这种方法可控性低，可重复性差，薄膜性能不均匀且容易引入杂质。
发明内容
( — )要解决的技术问题 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于衬底修饰制备各向异性有机场效 应管的方法，以制备各向异性的有机场效应晶体管。
( 二 )技术方案 为达到上述目的，本发明提供了一种基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的
方法，是通过一次绝缘介质层生长、一次光刻、一次单层分子自组装修饰衬底、一次有机半 导体薄膜生长和一次金属沉积，获得各向异性的有机场效应管，具体包括以下步骤 在导电基底上生长绝缘介质层； 在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的绝缘介质层图形；
利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地组装一层单分子膜；
沉积生长有机半导体薄膜；
通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极。 上述方案中，所述导电基底是低电阻率导电材料，用于作为有机场效应管的栅极。
上述方案中，所述在导电基底上生长绝缘介质层的步骤，是采用热氧化生长方法 或化学气相沉积方法进行的。 上述方案中，所述在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的绝 缘介质层图形的步骤，是通过在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶，并曝光、显影获得的。
上述方案中，所述利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地组装一层单分子膜的步骤，是采用化学气相输运技术将单分子层有选择性地组装到到绝缘介质 层表面上。 上述方案中，所述沉积生长有机半导体薄膜的步骤，采用真空热蒸镀的方法，用于 在有取向单子分子薄膜的基底上生长出各向异性的有机薄膜。 上述方案中，所述通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极的步骤，是采用金属 蒸发技术或磁控溅射的方法沉积的。(三)有益效果 本发明特点是在导电基底的绝缘介质层上先制备出规则的有取向的自组装分子
薄膜，然后沉积生长有机半导体材料。真空蒸发的过程中，由于受到衬底图形的诱导，有机 半导体材料会沿一定方向选择性的优先生长，从而形成取向化的各向异性薄膜，提高器件 的迁移率。因此，本发明提供了一种工艺简单、人为可控性高、重复性好、均匀性高的制备高 迁移率的各向异性有机场效应管的方法。
为了更进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例子，对本发明做详细描 述 图1是本发明提供的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法流程图；
图2-1至图2-7-1是本发明的工艺流程图；
图3-1至图3-7-1是本发明实施例的工艺流程图。
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是本发明提供的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方 法流程图，该方法是通过一次绝缘介质层生长、一次光刻、一次单层分子自组装修饰衬底、 一次有机半导体薄膜生长和一次金属沉积，获得各向异性的有机场效应管，具体包括以下 步骤 步骤101 :在导电基底上生长绝缘介质层； 步骤102 :在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的绝缘介质 层图形； 步骤103 :利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地组装一层单 分子膜； 步骤104 :沉积生长有机半导体薄膜； 步骤105 :通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极。
上述步骤101中所述在导电基底上生长绝缘介质层，是采用热氧化生长方法或化
学气相沉积方法进行的。导电基底是低电阻率导电材料，用于作为有机场效应管的栅极。 上述步骤102中所述在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的
绝缘介质层图形，是通过在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶，并曝光、显影获得的。 上述步骤103中所述利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地
4组装一层单分子膜，是采用化学气相输运技术将单分子层有选择性地组装到到绝缘介质层 表面上。 上述步骤104中所述沉积生长有机半导体薄膜，采用真空热蒸镀的方法，用于在 有取向单子分子薄膜的基底上生长出各向异性的有机薄膜。 上述步骤105中所述通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极，是采用金属蒸发 技术或磁控溅射的方法沉积的。 图2-1至图2-7-1示出了本发明的工艺流程图，其中剖面为图2-7中的A-A剖面。
如图2-1所示，在导电基底表面采用热氧化生长的技术或化学气相沉积的方法制 备绝缘介质层。 如图2-2所示，在绝缘介质层表面旋涂光刻胶，用热板或烘箱进行前烘。 如图2-3所示，曝光、显影后获得有取向化的光刻胶图形，方法包括光学光刻或电
子束光刻。 如图2-4所示，以显影后的光刻胶为掩膜，通过气相输运的方式对绝缘介质层进 行取向化的选择性修饰。 如图2-5所示，采用有机溶剂去除光刻胶。 如图2-6所示，在绝缘介质层表面上真空沉积有机半导体薄膜。在介质层图形取 向化的单分子薄膜诱导下，有机半导体材料按照特定的取向生长，形成如图2-6-1所示的 各向异性的薄膜。 如图2-7所示，通过镂空的掩模板在有机半导体薄膜表面沉积金属电极，与有机 导电层，介质层和低阻背栅极一起构成有机场效应管。俯视图如图2-7-1所示。
图3-1至图3-7-1示出了本发明实施例的工艺流程图，其中的剖面为图3-7-7中 的B-B剖面)。 如图3-1所示，在硅衬底表面采用热氧化生长的技术制备二氧化硅介质层薄膜。
如图3-2所示，在二氧化硅介质层薄膜表面旋涂AZ9918光刻胶，用热板或烘箱进 行前烘。 如图3-3所示，电子束曝光、显影后获得光刻胶上取向化的图形。 如图3-4所示，以显影后的光刻胶为掩蔽，采用0Ts或者HDMS对二氧化硅介质层
薄膜进行修饰，在二氧化硅介质层薄膜表面制备取向化的单分子层。 如图3-5所示，采用丙酮、乙醇去除残余的光刻胶，将取向化的单分子层转移到二 氧化硅介质层薄膜表面。 如图3-6所示，在二氧化硅介质层薄膜表面真空沉积并五苯有机薄膜。在介质层 上的取向化单分子层的诱导下，有机半导体材料按照特定的取向生长，形成如图3-6-1所 示的取向化的薄膜。 如图3-7所示，通过镂空的掩模板在有机半导体薄膜表面沉积金源漏电极，与并 五苯导电层，介质层和低阻硅背栅极一起构成有机场效应管。俯视图如图3-7-1所示。
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
一种基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，是通过一次绝缘介质层生长、一次光刻、一次单层分子自组装修饰衬底、一次有机半导体薄膜生长和一次金属沉积，获得各向异性的有机场效应管，具体包括以下步骤在导电基底上生长绝缘介质层；在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的绝缘介质层图形；利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地组装一层单分子膜；沉积生长有机半导体薄膜；通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极。
2. 根据权利要求1所述的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，其特征在 于，所述导电基底是低电阻率导电材料，用于作为有机场效应管的栅极。
3. 根据权利要求1所述的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，其特征在 于，所述在导电基底上生长绝缘介质层的步骤，是采用热氧化生长方法或化学气相沉积方 法进行的。
4. 根据权利要求1所述的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，其特征在 于，所述在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的绝缘介质层图形的步 骤，是通过在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶，并曝光、显影获得的。
5. 根据权利要求1所述的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，其特征在 于，所述利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地组装一层单分子膜的步 骤，是采用化学气相输运技术将单分子层有选择性地组装到到绝缘介质层表面上。
6. 根据权利要求1所述的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，其特征在 于，所述沉积生长有机半导体薄膜的步骤，采用真空热蒸镀的方法，用于在有取向单子分子 薄膜的基底上生长出各向异性的有机薄膜。
7. 根据权利要求1所述的基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，其特征在 于，所述通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极的步骤，是采用金属蒸发技术或磁控溅 射的方法沉积的。
全文摘要
本发明公开了一种基于衬底修饰制备各向异性有机场效应管的方法，是通过一次绝缘介质层生长、一次光刻、一次单层分子自组装修饰衬底、一次有机半导体薄膜生长和一次金属沉积，获得各向异性的有机场效应管，具体包括以下步骤在导电基底上生长绝缘介质层；在绝缘介质层表面上旋涂光刻胶保护层，光刻得到有取向的绝缘介质层图形；利用化学气相输运的方式在绝缘介质层图形区域选择性地组装一层单分子膜；沉积生长有机半导体薄膜；通过镂空的掩模版沉积生长源漏金属电极。本发明提供了一种工艺简单、人为可控性高、重复性好、均匀性高的制备高迁移率的各向异性有机场效应管的方法。
文档编号H01L51/40GK101740721SQ200810227480
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月26日 优先权日2008年11月26日
发明者刘明, 商立伟, 姬濯宇 申请人:中国科学院微电子研究所