有机薄膜晶体管及其制造方法技术

公开了一种有机薄膜晶体管，其包括：有机薄膜，通过栅极绝缘膜形成于该有机薄膜的一个表面上的栅电极、形成于该栅电极的两侧与有机薄膜的一个表面或另一表面接触的源／漏电极、以及布置在该有机表面与栅极绝缘膜之间和／或在有机薄膜与源／漏电极之间的有机硅烷化合物膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。更具体地，本专利技术涉及包含有机硅烷化合物薄膜的。
技术介绍
近年来，已经提出了使用基于有机半导体的晶体管的集成电路技术。上述技术的主要优点是制造方法简单且与柔性基板相容。这些优点预计可被用在适合诸如智能卡、电子标签和显示器之类应用的低成本集成电路技术中。目前，真空蒸镀法和涂敷法是已知的可以在用有机半导体制造薄膜晶体管(TFT)时使用的薄膜形成法。这些薄膜形成法使得以低成本生产大规模器件成为可能，也使得将形成薄膜的工艺温度降低到较低水平成为可能。因此，在使用有机半导体的TFT(下称有机TFT)的情况下，有利的是对可用作基板的材料较少局限。日本未经审查的特许公开2003-253265(专利文献1)揭示了一种有机TFT示例。该专利文献描述的有机TFT的结构示于图5。图5显示了一种包括栅电极2、栅绝缘膜3、源/漏电极(5，7)、以及形成在基板1上的半导体层6(有机薄膜)的TFT。这一TFT是这样获得的在基板1的一个部分上形成栅电极2；用栅极绝缘薄膜3覆盖栅电极2和基板1；在对应于栅电极2的区域构成夹层(sandwiching)的同时，在栅极绝缘薄膜3上形成源/漏电极(5，7)；以及用半导体层6覆盖源/漏电极(5，7)和栅极绝缘薄膜3。用于半导体层作为p性半导体层的材料的例子可以是选自以下的材料并五苯、并四苯、噻吩、酞菁、它们在末端具有取代基的衍生物、以及以下聚合物聚噻吩、聚亚苯基、聚(亚苯基亚乙烯基)、聚芴、以及它们在末端或侧链上有取代基的衍生物，而作为n型半导体层的材料是选自以下的材料苝四羧酸二酐、萘四羧酸二酐、氟代酞菁、以及它们在末端有取代基的衍生物。总体而言，有机TFT的运行做如下假定。当电压是施加于栅电极时，栅极电压导致在栅极绝缘薄膜的界面一侧上的在半导体层中通过栅电极的费米能级的变化而发生能带偏移(bend of band)。这种能带偏移导致大量的正电荷作为载流子从源/漏电极注入，在栅极绝缘薄膜界面侧上的半导体层中形成高表面电荷密度的区域，即，形成一个载流子的聚集层。另一方面，通过在栅电极上施加反向偏压，电荷在其中被消除的耗尽层形成在栅极绝缘薄膜界面侧上的半导体层中。有机TFT是通过改变在源电极与漏电极之间流动的电流值来运行的，电流的改变是借助以此类方式的栅极电压通过沟道的电导控制来进行。这里，虽然半导体层中的载流子在晶粒之间的转移受到抑制，但是，在晶粒内部相邻分子之间跳跃时，由于结晶性即周期性结构的形成，载流子的传送是迅速的。然而，在实际有机TFT制造/评估中，半导体层往往是用无机氧化物如SiO2作为实际绝缘薄膜并且在栅极绝缘薄膜上气相沉积一种有机半导体材料如并五苯来形成的。诸如并五苯之类的材料强烈地受到构成栅极绝缘薄膜的无机氧化物的影响，其有机材料特有的层叠(stacking)特性受到阻碍，造成的问题是，在邻近栅极绝缘薄膜界面的半导体层即，载流子聚积层的结晶度降低。此外，含有无机氧化物的栅极绝缘薄膜的表面能高，因此，在薄膜生长工艺过程中，基板上分子的扩散受到抑制。因此，形成许多吸附点，其结果是，只能形成包含小晶粒尺寸的晶粒且结晶度差的薄膜。半导体层结晶度的降低是对器件特性有相当影响的一个因素。据报道(IEEE Electron Device Lett.，18，606，1997年非专利文献1)，晶粒尺寸大的半导体层是通过用十八烷基三氯硅烷(OTS)处理栅极绝缘膜以抑制结晶度的降低并因此调节栅极绝缘膜的表面能来产生的。此外，总体而言，在界面中，源/漏电极及有机薄膜的不同材料直接彼此接触，产生了能垒。因此，金常被用做构成源/漏电极的电极材料，因为金是一种相对有机薄膜的能垒相对较低的材料。然而，在实际制造有机TFT时，如果用无机氧化物如SiO2作为栅极绝缘膜的材料，因绝缘膜与金之间的粘合不足会造成电极剥离。因此，一般会使用Ti、Cr等制成的薄膜作为金的底涂层以确保两者之间的粘合。在这种情况下，底涂层厚度一般约为5到10nm。在有机TFT的上述机制中，考虑到有机薄膜上形成载流子聚积层的区域距离绝缘膜界面十几nm或以下，有机薄膜与底涂层的能垒实际上是起主导作用的。这里，以下两个提议是缓和源/漏电极与有机薄膜之间的能垒的方法。一个提议是使用具有导电性的有机材料(PEDOT/PSS)作为电极材料(AppliedPhysics，70，12，1452，2001年非专利文献2)。实际制造了器件，并且确认是可以工作的，然而，发现这些器件的一个缺点，即它们的电阻比使用金属作为电极材料的器件要高。为了解决上述问题，提出了另一个提议，即，用巯基丙基三乙氧基硅烷(MPTS)的单分子有机薄膜作为底涂层并调节该底涂层的膜厚度至小于或等于2nm、有效地使用作电极的金和有机薄膜靠近载流子聚积层，以改善特性的方法(2004年，IEEEInternational Solid-State Circuits Conference 715-718，非专利文献3)。然而，甚至在该方法中，能垒也不能完全缓解，而且从实际应用的成本角度而言，用金作为电极材料成本上也是不利的。专利文献1日本未经审查的特许公开2003-258265非专利文献1IEEE Electron Device Lett.，18，606，1997年非专利文献2Applied Physics，70，12，1452，2001年非专利文献32004年，IEEE International Solid-State CircuitConference715-718
技术实现思路
本专利技术要解决的问题因为有机TFT包括直接形成于栅极绝缘膜上的半导体层，这意味着在某种程度上半导体层在栅极绝缘膜界面上的均匀性成了显著影响迁移率的因素。然而，半导体层用的适当材料以及用此材料形成的半导体层的均匀度均未见报道。此外，在上述报道中所述的例子也仅仅描述了对绝缘膜作用的抑制，因而并未涉及绝缘膜界面中结晶度和电特性的控制。此外，因为并未认真考虑采用如气相沉积或者涂敷加之后续焙烧之类的方法在栅极绝缘膜上形成的半导体层的均匀性，存在的问题是半导体层所固有的载流子迁移特性没有充分展示出来。此外，在有机TFT中，在彼此直接接触的金属电极材料和有机半导体薄膜材料这两种材料的界面中产生载流子迁移势垒。这在一定程度上意味着该势垒或许会成为相当影响器件属性的因素。然而，在上述报告中所述的例子仅仅描述了对绝缘膜作用的抑制，因而没有涉及源/漏电极界面中能垒的降低以及电子特性的控制。解决问题的手段因此，本专利技术提供一种有机TFT，其包括有机薄膜，经一栅极绝缘膜形成于该有机薄膜一个表面上的栅电极，形成在栅电极的两侧并在有机薄膜的一个表面或另一表面上的源/漏电极，以及设置在有机薄膜与栅极绝缘膜之间和/或在有机薄膜与源/漏电极之间的有机硅烷化合物的膜。此外，本专利技术提供一种上述有机TFT的制造方法，其包括在有机薄膜与栅极绝缘膜之间和/或在有机薄膜与源/漏电极之间形成有机硅烷化合物膜的步骤。本专利技术的效果本专利技术的有机TFT包括一个在栅极绝缘膜(gate insulating film)与有机薄膜之间的有机硅烷化合物膜(固定膜(anchor film))，载流子可以被输送通过固定膜和有机薄膜，所以载流子输送效率提高，可以获得高器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机薄膜晶体管，其包括：有机薄膜，通过栅极绝缘膜形成于所述有机薄膜的一个表面上的栅电极，形成于所述栅电极两侧并在所述有机薄膜的一个表面上或另一个表面上的源／漏电极，以及设置于所述有机薄膜与所述栅极绝缘膜之间和／或所述有机薄膜与所述源／漏电极之间的有机硅烷化合物膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-12-22 371789/2004;JP 2005-11-30 346654/2001.一种有机薄膜晶体管，其包括有机薄膜，通过栅极绝缘膜形成于所述有机薄膜的一个表面上的栅电极，形成于所述栅电极两侧并在所述有机薄膜的一个表面上或另一个表面上的源/漏电极，以及设置于所述有机薄膜与所述栅极绝缘膜之间和/或所述有机薄膜与所述源/漏电极之间的有机硅烷化合物膜。2.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述在所述栅极绝缘膜与所述有机薄膜之间的有机硅烷化合物是固定膜，所述固定膜是具有载流子输送功能的单分子膜。3.如权利要求2所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述固定膜有结晶度。4.如权利要求2所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述固定膜的厚度是0.5-3nm。5.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述在所述有机薄膜与所述源/漏电极之间的有机硅烷化合物是缓冲膜，所述缓冲膜是具有能垒的单分子膜。6.如权利要求5所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述源/漏电极由可在其表面上形成氧化物膜的金属材料组成。7.如权利要求5所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述缓冲膜的厚度是0.5-5nm。8.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机硅烷化合物含有π电子共轭体系分子。9.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机硅烷化合物由以下化学式(1)定义R1-SiZ1Z2Z3(1)，式中，R1是含有π电子共轭体系分子的单价基团，π电子共轭体系分子是由2到6个重复的苯组成的分子、由2到6个重复的噻吩组成的分子、由2到6个稠合苯环组成的并苯分子、或通过将它们组合所得到的分子；Z1到Z3是相同或不同的，表示卤原子或有1到5个碳原子的烷氧基。10.如权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机硅烷化合物由以下化学式(1)定义R1-SiZ1Z2Z3(1)，式中，R1是含有π电子共轭体系分子的单价基团，π电子共轭体系分子是由2到6个重复的噻吩组成的分子；Z1到Z3是相同或不同的，表示卤原子或有1到5个碳原子的烷氧基。11.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：中川政俊，花戸宏之，田村壽宏，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]