[发明专利]薄膜晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)是现代微电子技术中的一种关键性电子元件，目前已经被广泛的应用于平板显示器等领域。薄膜晶体管主要包括栅极、绝缘层、半导体层、源极和漏极。其中，源极和漏极间隔设置并与半导体层电连接，栅极通过绝缘层与半导体层及源极和漏极间隔绝缘设置。所述半导体层位于所述源极和漏极之间的区域形成一沟道区域。薄膜晶体管中的栅极、源极、漏极均由导电材料构成，该导电材料一般为金属或合金。当在栅极上施加一电压时，与栅极通过绝缘层间隔设置的半导体层中的沟道区域会积累载流子，当载流子积累到一定程度，与半导体层电连接的源极漏极之间将导通，从而有电流从源极流向漏极。在实际应用中，对薄膜晶体管的要求是希望得到较大的开关电流比。影响上述开关电流比的因素除薄膜晶体管的制备工艺外，薄膜晶体管半导体层中半导体材料的载流子迁移率为影响开关电流比的最重要的影响因素之一。

现有技术中，薄膜晶体管中形成半导体层的材料为非晶硅、多晶硅或有机半导体聚合物等(R.E.I.Schropp，B.Stannowski，J.K.Rath，New challengesin thin film transistor research，Journal of Non-Crystalline Solids，299-302，1304-1310(2002))。以非晶硅作为半导体层的非晶硅薄膜晶体管的制备技术较为成熟，但在非晶硅薄膜晶体管中，由于半导体层中通常含有大量的悬挂键，使得载流子的迁移率很低，从而导致薄膜晶体管的响应速度较慢。以多晶硅作为半导体层的薄膜晶体管相对于以非晶硅作为半导体层的薄膜晶体管，具有较高的载流子迁移率，因此响应速度也较快。但多晶硅薄膜晶体管低温制备成本较高，方法较复杂，大面积制备困难，且多晶硅薄膜晶体管的关态电流较大。相较于上述传统的无机薄膜晶体管，采用有机半导体做半导体层的有机薄膜晶体管具有成本低、制备温度低的优点，且有机薄膜晶体管具有较高的柔韧性。但由于有机半导体聚合物在常温下多为跳跃式传导，表现出较高的电阻率、较低的载流子迁移率，使得有机薄膜晶体管的响应速度较慢。

碳纳米管具有优异的力学及电学性能。并且，随着碳纳米管螺旋方式的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性。半导体性的碳纳米管具有较高的载流子迁移率(一般可达1000～1500cm²V^-1s^-1)，是制备晶体管的理想材料。现有技术中已有报道采用半导体性碳纳米管形成碳纳米管层作为薄膜晶体管的半导体层。上述采用碳纳米管层作为半导体层的薄膜晶体管的制备方法主要包括以下步骤：将碳纳米管粉末分散于有机溶剂中；通过喷墨打印的方法将碳纳米管与有机溶剂的混合液打印在绝缘基板上，待有机溶剂挥发后，在绝缘基板的预定位置上形成一碳纳米管层；通过沉积及刻蚀金属薄膜的方法在碳纳米管层上形成源极及漏极；在碳纳米管层上沉积一层氮化硅形成一绝缘层；以及在绝缘层上沉积一金属薄膜形成栅极。然而，在上述方法中，碳纳米管需要通过有机溶剂进行分散，碳纳米管易团聚，在半导体层中无法均匀分布。且分散碳纳米管所用的有机溶剂易残留在碳纳米管层中，影响薄膜晶体管的性能。并且，在上述碳纳米管层中，碳纳米管随机分布。载流子在上述无序碳纳米管层中的传导路径较长，故上述碳纳米管层中碳纳米管的排列方式不能使碳纳米管的高载流子迁移率得到有效利用，进而不利于获得具有较高载流子迁移率的薄膜晶体管。另外，通过有机溶剂结合的碳纳米管层结构松散，柔韧性差，不利于制备柔性的薄膜晶体管。

综上所述，确有必要提供一种薄膜晶体管的制备方法，该制备方法简单、适于低成本大量生产，该薄膜晶体管具有较高的载流子迁移率，较高的响应速度，以及较好的柔韧性。

发明内容

一种薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列；采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管薄膜；铺设上述至少一碳纳米管薄膜于一绝缘基底表面，形成一碳纳米管层；间隔形成一源极及一漏极，并使该源极及漏极与上述碳纳米管层电连接；形成一绝缘层于上述碳纳米管层表面；以及形成一栅极于上述绝缘层表面，得到一薄膜晶体管。