一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列及其制作方法

文档序号:9922907阅读:581来源:国知局
一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子材料及器件技术领域,具体涉及一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列及其制作方法,适用于制作气体传感器、有源主动显示、大规模集成电路及物联网等领域。
【背景技术】
[0002]传统作为平板显示的核心元件一一薄膜晶体管,其性能的好坏直接决定了显示效果的优劣。薄膜晶体管是一种场效应半导体器件,包括衬底、半导体沟道层、绝缘层、栅极和源漏电极等几个重要组成部分。TFT-LCD中的TFT—般是在玻璃或塑料等非单晶基板上制作大规模半导体集成电路,通过溅射、化学沉积等成膜工艺形成制造电路必需的各种膜,通过对膜的加工制造电路。
[0003]未来的世界是物联网的世界,可以预见,世界上的一切事物都将可以通过物联网进行信息交换,而在物联网技术发展过程中,射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术等将得到更加广泛的应用。
[0004]物联网的基础是信息传感设备。由于柔性电子特有的弯曲性和可延展性,使其在与物的结合中发挥出重要的作用,成为桥接“物”与“云”的关键技术。因此,基于有机半导体材料和纳米材料的柔性、大面积电子技术将在物联网技术中得到快速发展。
[0005]而与传统的电子器件相比,柔性电子技术拥有诸多优点:(I)器件可弯曲与伸展;
(2)可以在柔性和大面积衬底上采用大规模印刷技术加工实现,生产成本低廉;(3)加工设备简单,前期投入成本低;(4)加工过程为低温工艺,工艺简单,对环境污染小。因此柔性电子技术将成为促成物联网普及和大规模应用的核心技术。大面积柔性有机薄膜晶体管(OTFT)和相关集成电路将成为研究热点。
[0006]OTFT质轻,膜薄,柔韧性良好,还可以大面积“印刷”在任意材料表面,达到大幅降低生产成本目的。不同于常规硅基微电子器件,OTFT具有加工工艺简单、成本低廉和易弯曲等优点而赢得广泛关注。但是,大面积OTFT器件阵列由于制备过程中需要印刷多层功能层材料,而如何在印刷完快速准确的将整片多层材料独立成小面积、性能好的器件阵列成为一个难点。

【发明内容】

[0007]本发明的目的在于提供一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列及其制作方法,该方法通过激光刻蚀的方式独立各器件,从而简化了薄膜晶体管阵列的制备工艺,提高了薄膜晶体管阵列制备过程中的准确度和精度,并减小了薄膜晶体管阵列沟道长度及器件尺寸,提尚其性能。
[0008]为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列,所述薄膜晶体管阵列为顶栅底接触结构,该薄膜晶体管阵列包括基片及位于所述基片上方的器件阵列,所述器件阵列包括多个通过激光刻蚀于所述基片上且相互独立的器件,所述器件从下往上依次包括有源层、绝缘层、栅电极,所述有源层位于基片上方;所述基片为刻蚀好各器件源漏电极的玻璃/PET,所述有源层为有机聚合物薄膜,所述绝缘层为有机聚合物薄膜。
[0009]在本发明一实施例中,所述基片为带有ITO的PET/玻璃或不带有ITO的PET/玻璃。
[0010]在本发明一实施例中,所述源漏电极的刻蚀方式为,所述源漏电极的刻蚀方式为,将带有ITO的PET/玻璃通过激光刻蚀于所述基片上,或者将不带ITO的PET/玻璃先制备一层银材料,然后通过激光刻蚀于所述基片上,形成源漏电极,该源漏电极的厚度为20nm?70nm。
[0011]在本发明一实施例中,所述有源层为并五苯/P3HT/roVT-8/N2200的有机聚合物溶液通过旋涂/刮涂/打印的卷对卷或印刷的方式制备,再通过激光刻蚀的方式刻蚀出源漏电极图案范围大小的有源层,该有源层厚度为20nm~100nm。
[0012]在本发明一实施例中,所述绝缘层为PMMA/PVP/PVA/PS的有机聚合物溶液通过旋涂/刮涂/打印的卷对卷或印刷的方式制备,再通过激光刻蚀的方式刻蚀出源漏电极图案范围大小的绝缘层,该绝缘层厚度为20nm?lOOnm。
[0013]在本发明一实施例中,所述栅电极为PED0T:PSS/银/银纳米线的材料通过旋涂/刮涂/打印的卷对卷或印刷的方式制备,再通过激光刻蚀的方式刻蚀出源漏电极图案范围大小的栅电极,该栅电极厚度为20nm?70nmo
[0014]在本发明一实施例中,所述器件阵列中各器件均采用激光刻蚀的方式进行独立和隔离,且采用每一功能层材料单独刻蚀的方式,每旋涂一层,用激光刻蚀源漏电极图案范围大小的该层。
[0015]本发明还提供了一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列的制作方法,包括如下步骤,
S1:切割好带有ITO的干净的玻璃/PET基片;或切割好空的干净的玻璃/PET基片,在该基片上旋涂/刮涂/打印一层银纳米颗粒溶液的电极材料;
S2:采用激光刻蚀的方法将玻璃/PET基片上的ITO/银刻蚀出源漏电极图案;
S3:在步骤S2的基片上采用旋涂/刮涂/打印的方式制备并五苯/P3HT /PDVT-8/N2200材料的有源层;
S4:用激光在源漏电极图案范围刻蚀出有源层图案;
S5:采用旋涂/刮涂/打印方式制备PMMA/PVP/PVA/PS材料的绝缘层;
S6:用激光在源漏电极图案范围刻蚀出绝缘层图案;
S7:采用旋涂/刮涂/打印方式制备PEDOT: PSS/银/银纳米线材料的栅电极;
S8:用激光在源漏电极图案范围刻蚀出栅电极图案,形成一独立器件,
S9:重复上述步骤S1-S8,最终独立出各器件,形成器件阵列。
[0016]本发明还提供了另一种基于激光刻蚀技术的薄膜晶体管阵列的制作方法,包括如下步骤,
S1:切割好带有ITO的干净的玻璃/PET基片;切割好空的干净的玻璃/PET基片,在该基片上旋涂/刮涂/打印一层银纳米颗粒溶液的电极材料;
S2:采用激光刻蚀的方法将玻璃/PET基片上的ITO/银刻蚀出源漏电极图案;
S3:在步骤S2的基片上采用旋涂/刮涂/打印的方式制备并五苯/P3HT /PDVT-8/N2200材料的有源层; 54:采用旋涂/刮涂/打印方式制备PMMA/PVP/PVA/PS材料的绝缘层;
55:采用旋涂/刮涂/打印方式制备PEDOT: PSS/银/银纳米线材料的栅电极;
S6:用激光在源漏电极图案范围刻蚀出栅电极图案;
S7:在步骤S6的同样位置用激光在源漏电极图案范围刻蚀出绝缘层图案;
S8:在步骤S6的同样位置用激光在源漏电极图案范围刻蚀出有源层图案,形成一独立器件;
S9:重复上述步骤S1-S8,最终独立出各器件,形成器件阵列。
[0017]在本发明一实施例中,所述源漏电极图案化过程中,其刻蚀所用激光参数为:激光波长为1064nm,平均功率为7.2?7.6W,重复频率300KHz,脉冲宽度15ns,激光扫描速度1000mm/s,加工次数I次;
所述有源层图案化过程中,其刻蚀所用激光参数为:激光波长为1064nm,平均功率为8?8.4W,重复频率300KHz,脉冲宽度15ns,激光扫描速度1000mm/S,加工次数I次;
所述绝缘层图案化过程中,其刻蚀所用激光参数为:激光波长为1064nm,平均功率为
3.2-3.6W,重复频率300KHz,脉冲宽度15ns,激光扫描速度1000mm/s,加工次数I次;
所述栅电极图图案化过程中,其刻蚀所用激光参数为:激光波长为1064nm,平均功率为16?20W,重复频率300KHz,脉冲宽度15ns,激光扫描速度1000mm/s,加工次数I次。
[0018]相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:本发明制作的薄膜晶体管阵列,各层(包括有源层,绝缘层及栅极)均采用卷对卷或印
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