一种金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体纳米材料与器件领域，特别是一种金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展和社会的进步，人们对于信息存储、传递及其处理的依赖程度日益增加。而半导体器件和工艺技术作为信息的存储、传递及其处理的主要载体和物质基础，现已成为众多科学家争相研宄的热点。薄膜晶体管，作为一种非常重要的半导体器件，在信息存储、传递和处理等领域起着至关重要的作用。然而，截至目前为止，现有大规模使用薄膜晶体管，是一种基于微电子硅工艺的半导体器件。这种传统的基于硅微电子工艺薄膜场效应晶体管存在对设备要求高，制备工艺复杂，成本较高和器件整体性能有限，灵敏度、开关频率和速度有限等问题。并且，随着人们对于高性能薄膜晶体管要求的逐步提升，基于微电子硅工艺的薄膜场效应晶体管已难以满足当今信息社会对高灵敏度、高开关频率和开关速度的薄膜场效应晶体管的需求。
[0003]近年来，纳米材料和纳米结构因其具有独特的电学、光学量子尺寸效应，为控制材料性能提供了除控制其化学组成之外的另一有效手段。尤其是通过电子束刻蚀技术获得图形化光刻胶，从而通过光刻胶lift-off工艺技术实现金属膜片阵列制备及其金属膜片阵列间隙的可控，由于这种金属膜片阵列材料非常高迀移率和电传导能力，这种金属膜片阵列结构将有效降低了电子在导电沟道中阻碍作用，大大提升了这种复合结构导电沟道中电子迀移率，这将为制备金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道场效应管提供了可能。此夕卜，由于金属膜片阵列在复合导电沟道规则分布，将间接缩短了薄膜晶体管的有效沟道长度，从而很大程度上可以有效提升这种金属膜片阵列/有机半导体材料复合导电沟道薄膜晶体管的输入特性和转移特性，因此，这为有机半导体导电沟道为基础的新型薄膜晶体管制备提供了一种可能和新思路。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的目的是提出一种金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的制备方法，制备方法新颖，制作成本低，制备工艺简单，器件性能灵活可控。
[0005]本发明采用以下方案实现:一种金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的制备方法，具体包括以下步骤；
步骤S1:选取一硅/ 二氧化硅衬底，所述的硅/ 二氧化硅衬底包括衬底硅以及设置于衬娃表面的二氧化娃膜；
步骤S2:利用旋涂成膜工艺在所述硅/ 二氧化硅衬底表面制备金属膜片阵列层；
步骤S3:制备有机半导体层，得到金属膜片阵列/有机半导体复合膜层，并将所述的金属膜片阵列/有机半导体复合膜层作为导电沟道； 步骤S4:在步骤S3得到的覆盖有金属膜片阵列/有机半导体复合膜层的硅/ 二氧化硅衬底上制备金属电极，得到金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的源极、漏极和栅极；
步骤S5:采用有机物封装，得到金属量子点/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管。
[0006]进一步的，所述步骤S2具体为:将娃/ 二氧化娃衬底采用硫酸与双氧水的混合溶液高温清洗，并采用旋涂工艺在硅/二氧化硅衬底的二氧化硅膜表面涂覆一层光刻胶，利用电子束刻蚀光刻技术将待生长金属膜片阵列处的光刻胶刻蚀去除，并通过蒸镀工艺技术在图形化的光刻胶上生长一层金属膜，接着将生长了金属膜的硅/ 二氧化硅衬底在丙酮溶液中超声形成金属膜片阵列，制得覆盖了金属膜片阵列层的硅/ 二氧化硅衬底。较佳地，本发明采用lift Off工艺，在没有光刻胶覆盖的地方的金属膜会保留下来，而有光刻胶覆盖地方的金属膜会在超声过程中随着光刻胶剥离下来。
[0007]进一步的，所述步骤S3具体为:将有机半导体前驱体溶液旋涂在覆盖了金属膜片阵列层的硅/ 二氧化硅衬底的金属膜片阵列层表面，并采用热处理固化，在金属膜片阵列层表面上制备有机半导体层，得到金属膜片阵列/有机半导体复合膜层。
[0008]进一步的，所述步骤S4具体为:在覆盖有金属膜片阵列/有机半导体复合膜层的娃/二氧化娃衬底的金属膜片阵列/有机半导体复合膜层表面以及娃/二氧化娃衬底的娃衬底表面分别采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的源极、漏极和栅极。
[0009]进一步的，所述步骤S5具体为:将聚酰胺酸溶液旋涂在覆盖有金属膜片阵列/有机半导体复合膜层的硅/二氧化硅衬底的金属膜片阵列/有机半导体复合膜层表面形成膜，并采用阶梯温度热处理方式实现聚酰胺酸的聚酰亚胺化，得到金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管。
[0010]进一步的，所述娃/ 二氧化娃衬底面积为IcmX Icm ;其中二氧化娃膜作为金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的绝缘层，所述二氧化硅膜的厚度为30-300nm ;所述光刻胶的厚度为10-1OOOnm ;其中金属膜片阵列中单个金属膜片单元的面积为I μπι-5 UmX I μπι-20 μπι ;金属膜片单元间间隙为20nm-1000nm ;金属膜片阵列的厚度为 20nm_50nmo
[0011]进一步的，所述的有机半导体前驱体溶液包括并五苯以及PED0T/PSS ;其中所述将有机半导体前驱体溶液旋涂在覆盖了金属膜片阵列层的硅/二氧化硅衬底的金属膜片阵列层表面的旋涂工艺转数为1000-3000rpm ;所述的热处理温度为80-150°C和所述的热处理的时间分别为0.5-3.0h ;所述的有机半导体层厚度为5nm-30nm。
[0012]进一步的，所述源极与漏极设置于复合膜层表面，间距为10-50 μ m，所述的栅极设置于衬底背面；所述的图形化掩膜覆盖蒸镀工艺为采用图形化的金属掩膜覆盖在覆盖有金属膜片阵列/有机半导体复合膜层的硅/二氧化硅衬底的金属膜片阵列/有机半导体复合膜层表面，然后在其表面进行蒸镀。
[0013]进一步的，所述阶梯温度热处理方式为120°C /I h，180°C /I h，250°C/l h，300°C/I h0
[0014]具体的，本发明的制备方法为:
(I)取IcmX Icm大小、氧化层厚度为30?300nm的娃/ 二氧化娃衬底。将该娃/ 二氧化硅衬底在浓硫酸/少量双氧水溶液中高温清洗30min，并采用旋涂工艺将在硅/ 二氧化硅衬底表面涂覆一层光刻胶，利用电子束刻蚀光刻技术将生长金属膜片阵列处光刻胶刻蚀去除，并通过蒸镀工艺技术在图形化的光刻胶上生长一层20nm-50nm金属膜(金、银、铜)，随后将生长了金属膜样片在丙酮溶液中超声形成金属(金、银、铜)膜片阵列，制得覆盖金属膜片阵列的硅/二氧化硅样片。
[0015](2)采用1000-3000rpm转速将有机半导体如并五苯或PEDOT/PSS的氯苯溶液旋涂到涂覆了金属膜片阵列的硅/ 二氧化硅衬底样片上，并在80-150°C温度条件下热处理0.5-3.0h，及在金属膜片阵列上形成一层有机半导体层。
[0016](3)在制备了金属膜片阵列层、有机半导体层的娃/ 二氧化娃衬底样片上采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺形成Cr/Au复合金属电极，分别作为金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的源极、漏极和栅极；其中源极、漏极和栅极面积为200 μ mX 300 μ m，源极与漏极间距为10-50 μ m。
[0017](4)采用1000-3000rpm转速、60s旋涂时间将聚酰胺酸溶液旋涂到已经制备了金属膜片阵列层、有机半导体层并镀电极后的硅/ 二氧化硅样片上，并经过相应的热处理聚酰亚胺化，即在金属膜片阵列层上形成一层有机绝缘隔封装保护层。
[0018]与现有技术相比，本发明基于常规的旋涂成膜工艺技术及其光刻胶lift-off工艺技术制备出金属膜片阵列/有机半导体材料复合导电沟道，并进一步通过旋涂有机物实现对金属膜片阵列/有机