一种有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体纳米材料与器件领域，特别是一种有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管制备方法。
【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究的热点。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lift-off工艺技术、旋涂成膜工艺技术及毛细渗透工艺技术，实现含有机纳米线阵列的有机半导体层的制备。由于纳米线状有机导电阵列层在导电沟道的特殊分布，利用边界效应，使形成反型层所需的电荷量减少，从而很大程度上可以有效降低这种有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管的阈值电压，因此，这为有机半导体纳米线阵列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]本发明的目的在于提供一种有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管的制备方法，以克服现有技术中存在的缺陷。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管制备方法，其特征在于:利用lift-off工艺技术、旋涂成膜工艺技术及毛细渗透工艺技术，在一硅/ 二氧化硅衬底上，依次制备出牺牲层ZnO条形阵列、含纳米线状孔道阵列的光刻胶层以及含有机纳米线阵列的有机半导体层，且在含有机纳米线阵列的有机半导体层表面以及衬底背面上分别形成金属电极，并引出相应的源极、漏极和栅极，从而完成有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管的制备。
[0006]在本发明一实施例中，还包括以下步骤:
步骤S1:采用硫酸/双氧水溶液对所述硅/ 二氧化硅衬底进行高温清洗；采用旋涂工艺在所述硅/ 二氧化硅衬底表面涂覆一层光刻胶；采用电子束刻蚀光刻技术刻蚀条形光刻胶阵列；通过磁控溅射技术在所述条形光刻胶阵列表面上生长一 ZnO层，并采用lift-off工艺技术制备牺牲层ZnO条形阵列； 步骤S2:采用旋涂工艺在所述牺牲层ZnO条形阵列上涂覆一层厚光刻胶，采用电子束刻蚀光刻技术刻蚀出含有孔洞阵列的厚光刻胶层，并用酸溶液腐蚀去除所述牺牲层ZnO条形阵列上未涂覆厚光刻胶的ZnO条形阵列，以在覆盖有厚光刻胶层的沟道区域形成相互隔离的纳米线状孔道阵列光刻胶层；
步骤S3:在经所述步骤S2获取的硅/ 二氧化硅样片表面上滴覆有机半导体前驱体溶液，并采用毛细渗透工艺技术使得有机半导体前驱溶液渗入到所述纳米线状孔道阵列光刻胶层的孔洞阵列中，再采用有机半导体旋涂工艺和热处理固化，制备含有机纳米线阵列的有机半导体层；
步骤S4:采用图形化掩膜覆盖蒸镀工艺技术分别在含有机纳米线阵列的有机半导体层的表面以及硅/ 二氧化硅衬底背面形成Cr/Au复合金属电极，并分别对应作为有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管的源极、漏极和栅极。
[0007]在本发明一实施例中，在所述步骤SI中，所述娃/ 二氧化娃衬底面积为IcmX Icm ；所述二氧化娃层作为薄膜晶体管的绝缘层，且厚度为30nm至300nm ； ZnO层厚度为20nm至500nm ;单个ZnO条形阵列宽度I μ m至5 μ m ;相邻单个ZnO条形间隙宽度为I μ m至2μηι;ZnO条形阵列区域长度100 μ m ；ZnO条形阵列区域宽度5 μ m至50 μ m。
[0008]在本发明一实施例中，在所述步骤S2中，所述厚光刻胶为SU8胶；所述酸溶液为4mol/L至6mol/L的稀盐酸溶液；所述厚光刻胶层厚度为Iym至10 μm，且该厚光刻胶覆盖的沟道区域长度为Iym至20 μ m，该厚光刻胶覆盖的沟道区域宽度为5 μ m至50 μ m。
[0009]在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，所述有机半导体前驱体溶液包括并五苯或PED0T/PSS的氯苯溶液；所述有机半导体旋涂工艺转数为1000 rpm至3000rpm ;所述热处理的温度为:80°C至150°C ;所述热处理的时间为:0.5 h至3.0h ;所述有机半导体层厚度为5 nm至30nm。
[0010]在本发明一实施例中，在所述步骤S4中，所述图形化掩膜覆盖蒸镀工艺技术为采用图形化的金属掩膜覆盖样品表面，然后在样品表面进行蒸镀；所述源极、所述漏极和所述栅极面积均为200 μ mX 300 μ m，且所述源极与所述漏极间距为10 μ m至50 μ m。
[0011]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明所提出的一种有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管的制备方法，提供给了一种基于低成本、大面积溶液制备技术，基于常规的旋涂成膜工艺技术、光刻胶lift-off工艺技术及毛细渗透工艺技术，制备出含纳米线孔道阵列光刻胶层，并进一步通过旋涂有机半导体前驱体溶液实现含有机纳米线阵列的有机半导体层的制备，从而制备出新型的有机半导体纳米线阵列导电沟道薄膜晶体管，实现了有机半导体纳米线阵列导电沟道层在硅/二氧化硅衬底表面上可控制备。本发明所提出的制备方法新颖，制作成本低，制备工艺简单，器件性能灵活可控，所制备的晶体管具有特殊有机半导体纳米线阵列导电沟道层，因此，可充分利用边界效应，有效降低有机半导体纳米线阵列导电沟道晶体管的阈值电压，因此，在新型光电器件中将具有非常重要的应用前景。
【附图说明】
[0012]图1为本发明中硅/ 二氧化硅衬底结构示意图。
[0013]图2为本发明中牺牲层ZnO条形阵列的硅/二氧化硅衬底结构示意图。
[0014]图3为本发明中牺牲层ZnO条形阵列的硅/ 二氧化硅衬底结构俯视图。
[0015]图4为本发明中含沟道区域光刻胶的硅/二氧化硅衬底结构示意图。
[0016]图5为本发明中含沟道区域光刻胶的硅/ 二氧化硅衬底结构俯视图。
[0017]图6为本发明中含纳米线状孔道阵列光刻胶的硅/二氧化硅衬底结构示意图。
[0018]图7为本发明中含纳米线状孔道阵列光刻胶的硅/二氧化硅衬底结构俯视图。
[0019]图8为本发明中含有机纳米线的有机半导体层的硅/二氧化硅衬底结构示意图。
[0020]图9为本发明中含有机纳米线的有机半导体层的硅/二氧化硅衬底结构俯视图。
[0021]图10为本发明中含有机纳米线的有机半导体层并镀电极后的硅/二氧化硅衬底结构示意图。
[0022]【附图标号】:1_衬底硅；2_硅表面二氧化硅膜；3_Zn0层；4_厚光刻胶层；5_纳米线状孔道阵列；6_有