专利名称：：底栅电极薄膜晶体管的制作方法
技术领域：
：本发明涉及包括本公开的半导体的底栅电极晶体管。在一些实施例中，半导体可以是在加工期间涂敷在事先形成的晶体管薄层之上的溶剂。
背景技术：
：据称US6,690,029Bl公开了某些取代的并五苯和以其制成的电子装置。据称WO2005/055248A2公开了某些取代的并五苯和顶栅电极薄膜晶体管的聚合物。
发明内容简而言之，本发明提供晶体管，包括基板、栅电极、不位于基板和栅电极之间的半导体材料、与半导体材料接触的源电极、与半导体材料接触的漏电极、与栅电极和半导体材料接触的介电材料，其中半导体材料包含重量％的在lkHz时介电常数大于3.3的所述聚合物；0.1-99重量％的用化学式I表示的化合物<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中每个R1独立地选自H和CH3,更典型的是H,并且每个R2独立地选自支链或非支链的C2-C18烷基、支链或非支链的C1-C18垸基醇、支链或非支链的C2-C18烯、C4-C8芳基或杂芳基、C5-C32烷芳基或垸基杂芳基、二茂铁基、或更典型的SiR33，其中每个R3独立地选自氢、支链或非支链的C1-C10的垸基、支链或非支链的C1-C10垸基醇或支链或非支链的C2-C10烯，其中更典型地是每个R3独立地选自支链或非支链的C1-C10垸基。最典型地，用化学式I表示的化合物是6，13-二(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)。在lkHz时介电常数大于3.3的所述聚合物典型地选自由下列物质组成的组聚(4-腈甲基苯乙烯)、聚(4-乙烯基苯酚)和最典型的是聚(4-乙烯基苯酚)。典型的聚合物也可包括含有氰基的聚合物，例如氰基茁霉多糖。源电极和漏电极可以与介电材料接触或不与介电材料接触。图1是描述存在于顶部点接触式/底栅电极薄膜晶体管中的层的示意图。图2是描述存在于底部点接触式/底栅电极薄膜晶体管中的层的示意图。图3是描述存在于顶部点接触式/顶栅电极薄膜晶体管中的层的示意图。图4是描述存在于底部点接触式/顶栅电极薄膜晶体管中的层的示意图。具体实施例方式薄膜晶体管在研发轻型、廉价和易于再生的电子装置方面，具体地讲在可以通过溶剂涂层技术，例如印刷技术制备它们方面，显示出前途。已知薄膜晶体管是四维几何形状的。请分别参阅表示顶部点接触式/底栅电极薄膜晶体管的图1，表示底部点接触式/底栅电极薄膜晶体管的图2，表示顶部点接触式/顶栅电极薄膜晶体管的图3，和表示底部点接触式/顶栅电极薄膜晶体管的图4中的每一幅图，薄膜晶体管100包括基板10、栅电极20、介质层30、半导体层40、源电极50、和漏电极60。通常，源电极50和漏电极60各自在轻微程度上与栅电极20重迭。在图3和4描绘的顶栅电极设计中，栅电极20在介质层30上方，并且栅电极20和介质层30均在半导体层40上方。在图1和2描绘的底栅电极设计中，栅电极20在介质层30下方，并且栅电极20和介质层30均在半导体层40下方。因此，利用溶剂涂层技术的底栅电极设计的制造需要能够利用溶剂涂布到预先涂敷的介质层上的半导体，而不破坏那些层。由于可以涂布到介质层上的半导体涂层组合物的制剂，本发明的材料允许使用溶剂涂敷半导体材料制造底栅电极晶体管。然而，本公开的薄膜晶体管的半导体层可以由任意适合的方法制备，所述方法包括溶剂涂敷方法，而且也包括干法、熔融加工、气相沉积、或类似方法。在利用溶剂涂敷方法制备本公开的半导体层时，可以利用任何适合的溶剂运送半导体层材料，其中可包括酮、芳烃、等等。通常，溶剂是有机溶剂。通常，溶剂是疏质子溶剂。依据本发明的半导体层包括用化学式I表示的官能团化并五苯化合物<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage9</formula>其中，每个R1独立地选自H和CH3和每个R2独立地选自支链或非支链的C2-C18垸基、支链或非支链的C1-C18烷基醇、支链或非支链的C2-C18烯、C4-C8的芳基或杂芳基、C5-C32垸基芳基或垸基杂芳基、二茂铁基或SiR33，其中每个R3独立地选自氢、支链或非支链的C1-C10垸基、支链或非支链的C1-C10垸基醇、或支链或非支链的C2-C10烯基。典型地，每个R1是H。典型地，每个R2是SiR33。更典型地，每个R2是SiR33和每个R3独立地选自支链或非支链的Cl-ClO烷基。最典型地，化合物是用化学式II表示的6，13-二(三异丙基甲硅垸基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage10</formula>半导体层包含总计0.1重量％-99重量％，更典型地0.1重量%-10重量％的用化学式I或化学式II表示的化合物。根据本发明的半导体层包含聚合物，其在lKHz时的介电常数大于3.3，更典型大于3.5，和在一些实施例中可能大于4.0，和在一些实施例中可能大于4.5。典型地，聚合物的分子量为至少l，OOO，更典型为至少5,000。典型的聚合物包括聚(4-氰甲基苯乙烯)和聚(4-乙烯基苯酚)。典型的聚合物也可以包括含有氰基的聚合物，例如氰基茁霉多糖。典型的聚合物也可以包括美国专利公布No.2004/0222412Al描述的化合物。那里描述的聚合物包括具有用下列化学式表示的重复单元的、基本上非氟化的有机聚合物其中每个R1独立地为H、Cl、Br、I、芳基、或包括可交联基团的有机基团；每个R2独立地为H、芳基、或R4;每个R3独立地为H或甲基；每个R5独立地为烷基、卤素、或R4;每个R4独立地为包含至少一个氰基和每个氰基基团的分子量为约30至约200的有机基团；和n=0-3;条件是聚合物的至少一个重复单元包括R4。半导体层包含总计1-99.9重量％的聚合物。下面的实例进一步说明了本发明的目的和优点，但是这些实例中提及的具体材料及其数量，以及其它条件和细节，均不应被解释为是对本发明的不当限制。实例除非另外指出，所有试剂均获自或可得自AldrichChemicalCo.,Milwaukee,WI，或可通过已知方法合成获得。制备性实例-制备聚合物A聚合物A是美国专利公布No.2004/0222412Al描述的含有氰基的苯乙烯一马来酸酐共聚物。其合成描述见那里的第107和108段，标题为"Example1,SynthesisofPolymer1"(实例1，合成聚合物1)，具体描述如下在装有电磁搅拌器和氮气入口的250ml三颈烧瓶中放入8.32克(g)3—甲基胺基丙腈(Aldrich)和20.00g苯乙烯一马来酸酐共聚物(SMA1000树脂，可得自Sartomer，Exton,PA.)的50ml无水二甲基丙烯酰胺(DMAc，Aldrich)溶液。在室温下搅拌混合物30分钟(min)后，加入N,N-二甲基胺基吡啶(DMAP)(0.18g，99%,Aldrich)，然后将该溶液加热至ll(TC，保持17小时(h)。使溶液冷却至室温，在机械搅拌的同时将它缓慢倒入1.5升(L)已丙醇。过滤收集形成的黄色沉淀物，并以较低压力(大约30mmHg)和8(TC干燥它们48小时，收率26.0克。将二十克(20g)这一物质溶于50ml无水DMAc中，接着加入28.00g异丁烯酸甘油酯(GMA)(Sartomer)，0.20g对苯二酚(J.T.Baker，Phillipsburg，NJ)和0.5gN，N-二甲基苄胺(Aldrich)。利用氮气闪蒸混合物，然后将它加热至55°C，保持20小时。在使溶液冷却到室温后，在机械搅拌的同时将它缓慢倒入1.5L正己垸和异丙醇混合物(2:1，体积:体积(v/v)，GR,E.M.Science)。将形成的沉淀溶于50ml丙酮和沉淀两次，其中第一次使用和前面相同的溶剂混合物，然后使用异丙醇。过滤收集固体(聚合物A)，并以较低压力(大约30mmHg)和50°C干燥它们24小时。收率22.30克。FT-IR(薄膜)3433、2249、1723、1637、1458、1290、1160、和704cm"。Mn(数均分子量)=8000克/摩尔(克/摩尔)，Mw(重均分子量)-22,000克/摩尔。Tg=105°C。介电常数大约是4.6。制备性实例_制备溶液A—E[II]利用表I指示的组合物制备用化学式II表示的6，13-二(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)和高介电常数聚合物的溶液。按照U.S.6，6卯,029B1实例1公开的方法合成并五苯。分子量9,000至11,000，比重1.16的(PVP)聚(4-乙烯基苯酚)可得自Polyscience,Inc.Warrington,PA.。利用美国专利公布No.2004/0222412Al为"聚合物4"描述的方法制备聚(4-氰甲基苯乙烯)。利用彻夜搅拌各组分和通过0.2微米过滤器过滤所得混合物的方法制备所有溶液。表I<table>complextableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>实例1-11利用可得自SiliconValleyMicroelectronics(SanJose，CA)的单晶(也就是说，<100>取向)、多掺杂p型硅晶片制备测试晶体管样品131-10。购得的晶片的一个表面是IOOOA的高温热二氧化硅层，在相对表面是气相沉积的5000A的铝金属膜。利用这一构造，当制备有机薄膜晶体管(OTFT)时，铝封端的掺杂晶片用作栅电极和二氧化硅用作栅电介质。在实例1-8中，如表格II所释，要么利用旋转涂布法，要么使用刮涂法涂布溶液A、B、C、D或E，随后要么是空气干燥，要么是退火步骤(加热至12(TC，保持10分钟)。刮涂的方法是使用一个Gardco4"微米薄膜涂布机，将部分溶液涂敷到刀刃上并将涂敷的刀刃拉过基板。利用以下操作程序完成旋转涂布第一阶段，500转/分钟，持续10秒钟，加速度2(166转/分钟/秒)，第二阶段，2000转/分钟，持续20秒钟，加速度4(332转/分钟/秒)。通过影孔板在半导体层上图案化气相沉积金源电极和漏电极，完成装置加工。装置的沟道长60至100微米，沟道宽1000微米。制备底部点接触式装置实例9的方法是通过影孔板在电介质上图案化气相沉积金源电极和漏电极，得到沟道长度60至100微米和沟道宽度1000微米。然后，使用刮涂法在整个结构上涂布半导体。制备底部点接触式装置实例10和11的方法是首先将银纳米微粒墨水喷墨印刷到介质层上(InkjetSilverConductor,AG-IJ國100-S1，体电阻率4-32uQcm，得自CabotPrintableElectronicsandDisplays,Albuqerque,NewMexico,手比号AG-062005-A)。然后以125°C固化样品11分钟，接着利用O.lmmol全氟苯硫酚的甲苯溶液处理样品，持续1小时。使用刮涂法将指定的半导体溶液设置在整个结构上，并且使样品风干或为其退火，方法是持续10分钟保持120°C。在室温下在空气中使用半导体参数分析仪(4145A型，得自Hewlett-Packard，PaloAlto,California)测试晶体管性能。为-40V的恒漏—源偏压(Vd》绘制作为栅-源偏压(Vg》函数的从+10V至U-40V的漏一源电流(Id》平方根曲线图。使用公式<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage14</formula>利用栅电介质的比电容(C)，沟道宽(W)和沟道长(L)根据曲线的线性部分计算饱和场效应迁移率。取得这一直线配合的X轴外推值，将其用作阈值电压(Vt)。表II显示了不同装置的结果表II<table>complextableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>对本领域的技术人员来说，不背离本发明的范围和原则的本发明的各种修改和更改将是显而易见的，并且应当理解，本发明不应不当地受限于上文所述的示例性实施例。权利要求1.一种晶体管，包括基板；栅电极；不位于所述基板和所述栅电极之间的半导体材料；与所述半导体材料接触的源电极；与所述半导体材料接触的漏电极；和与所述栅电极和所述半导体材料接触的介电材料；其中所述半导体材料包含1-99.9重量％的在1kHz时介电常数大于3.3的所述聚合物；0.1-99重量％的用化学式I表示的化合物其中每个R1独立地选自H和CH3，并且每个R2独立地选自支链或非支链的C2-C18烷基、支链或非支链的C1-C18烷基醇、支链或非支链的C2-C18烯、C4-C8芳基或杂芳基、C5-C32烷基芳基或烷基杂芳基、二茂铁基或SiR33，其中每个R3独立地选自氢、支链或非支链的C1-C10烷基、支链或非支链的C1-C10烷基醇或支链或非支链的C2-C10烯基。2.根据权利要求1所述的晶体管，其中每个R1是H和每个R2是SiR、其中每个W独立地选自氢、支链或非支链的C1-C10烷基、支链或非支链的C1-C10垸基醇或支链或非支链的C2-C10烯基。3.根据权利要求1所述的晶体管，其中每个R1是H和每个R2是SiR，其中每个R3独立地选自支链或非支链的C1-C10垸基。4.根据权利要求1所述的晶体管，其中用化学式I表示的化合物是6，13-二(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)。5.根据权利要求1所述的晶体管，其中在lkHz时介电常数大于3.3的所述聚合物选自由下列物质组成的组聚(4-氰甲基苯乙烯)和聚(4-乙烯基苯酚)。6.根据权利要求4所述的晶体管，其中在lkHz时介电常数大于3.3的所述聚合物选自由下列物质组成的组聚(4-氰甲基苯乙烯)和聚(4-乙烯基苯酚)。7.根据权利要求1所述的晶体管，其中在lKHz时介电常数大于3.3的所述聚合物是聚(4-乙烯基苯酚)。8.根据权利要求4所述的晶体管，其中在lKHz时介电常数大于3.3的所述聚合物是聚(4-乙烯基苯酚)。9.根据权利要求1所述的晶体管，其中在lKHz时介电常数大于3.3的所述聚合物是包含氰基基团的聚合物。10.根据权利要求4所述晶体管，其中在lKHz时介电常数大于3.3的所述聚合物是包含氰基基团的聚合物。11.根据权利要求1所述的晶体管，其中在lKHz时介电常数大于3.3的所述聚合物是基本非氟化并且具有用以下化学式表示的重复单元的有机聚合物其中<formula>seeoriginaldocumentpage4</formula>每个R1独立地为H、Cl、Br、I、芳基、或包含可交联基团的有机基团；每个R2独立地为H、芳基、或R4;每个R3独立地为H或甲基；每个R5独立地为烷基、卤素或R4;每个R4独立地为包含至少一个氰基基团并且每个氰基基团的分子量为约30到约200的有机基团；并且n=0-3;条件是所述聚合物的至少一个重复单元包括R4。12.根据权利要求4所述的晶体管，其中在lkHz时介电常数大于3.3的所述聚合物是基本非氟化并且具有用以下化学式表示的重复单元的有机聚合物<formula>seeoriginaldocumentpage4</formula>其中每个R1独立地为H、Cl、Br、I、芳基、或含有可交联基团的有机基团；每个R2独立地为H、芳基、或R4;每个R3独立地为H或甲基；每个R5独立地为烷基、卤素或R4;每个R4独立地为包含至少一个氰基基团并其每个氰基基团的分子量为约30到约200的有机基团；并且n=0-3;条件是所述聚合物的至少一个重复单元包括R4。13.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述源电极和漏电极与所述介电材料接触。14.根据权利要求1所述的晶体管，其中所述源电极和漏电极与所述介电材料不接触。全文摘要本发明提供了晶体管，包括基板；栅电极；不位于基板和栅电极之间的半导体材料、与半导体材料接触的源电极、与半导体材料接的漏电极、和与栅电极和半导体材料接触的介电材料；其中所述半导体材料包括如本文描述的1-99.9重量％的在1KHz时介电常数大于3.3的所述聚合物、0.1-99重量％的官能团化并五苯化合物。文档编号H01L21/335GK101346808SQ200680049281公开日2009年1月14日申请日期2006年12月21日优先权日2005年12月28日发明者丹尼斯·E·沃格尔,布拉因·K·纳尔逊申请人:3M创新有限公司