[发明专利]一种全溶液化制备柔性薄膜晶体管的制备方法

说明书

本发明属于半导体与电喷印技术领域，并公开了一种全溶液化制备柔性薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：(1)制备半导体层；(2)采用电纺丝技术，由导电溶液Ⅰ形成的内层作为晶体管的栅极，由有机聚合物溶液Ⅱ形成的外层作为晶体管的介电层；(3)电喷印制备源极和漏极：待同轴双层定向纤维固化后，使用导电溶液Ⅲ对着固化后的同轴双层定向纤维进行喷印，导电溶液Ⅲ落在同轴双层定向纤维上后会滑向同轴双层定向纤维的两侧，并且固化形成导电膜Ⅰ和导电膜Ⅱ，所述导电膜Ⅰ和导电膜Ⅱ分别作为晶体管的源极和漏极。本发明制备的晶体管具有结构简单、定向性好和性能高等优点，其工艺具有制造成本低、工艺流程少、操作简单、对环境要求低等特点。

技术领域

本发明属于半导体与电喷印技术领域，更具体地，涉及一种全溶液化制备柔性薄膜晶体管的制备方法。

背景技术

薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)作为一种重要的半导体器件，在有源矩阵液晶显示、穿戴式电子学器件以及微型传感器等领域有着广泛的应用价值，已成为当代微电子技术中不可缺少的组成部分。同时也随着电子产品柔性化的发展，TFT作为主要功能元件也需要具备一定的柔性，这也就对其设计与加工提出了新的挑战。

薄膜晶体管主要由衬底、源极/漏极、半导体层、介电层以及栅极等部分组成，由于每部分可采用的材料不同，其制备的工艺流程又不尽相同，这就为薄膜晶体管的制造带来诸多可选方案，大大提升了器件制备的可行性。但是同时又为如何选择最优方案提出了巨大的挑战。

目前，源、漏、栅极的材料一般选用Au、A1等，其对应的传统工艺方法是采用射频溅射或者热蒸发溅射。在已通过光刻工艺制备一定形状模板的衬底或者功能层上溅射一层厚度在50-200nm的金属薄膜。不难看出，该制备过程工艺过程复杂，涉及多次光刻、溅射等工艺。另外，射频溅射需要真空条件，惰性气体保护等，光刻需要黄光区，溶液化去胶等都极大地提高了制备的成本。再者溅射工艺的高温与光刻胶的旋涂与去除过程都会对绝缘层与有源层产生一定的破坏，造成器件性能变差，良品率降低。而且此类器件大多不具备柔性，难以适应穿戴式电子等方面的需求。

与此同时，制备有源层和绝缘层的传统方法包括真空蒸镀、等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射等，这些工艺流程具有制备成本较高,真空条件要求苛刻，对环境的要求较高等共同点，不利于薄膜晶体管的大面积制造。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全溶液化制备柔性薄膜晶体管的制备方法，可获得定向性好，性能高的晶体管，具有制造成本低、工艺流程少、操作简单、对环境要求低等优点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种全溶液化制备柔性薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备半导体层：将P3HT粉末添加在氯代苯中形成质量浓度为1％～2％的有机半导体溶液，静置后用筛网过滤备用；然后将过滤后的有机半导体溶液旋涂到衬底上形成一层P3HT薄膜，所述P3HT薄膜作为晶体管的半导体层，再将旋涂有P3HT薄膜的衬底放进烘箱进行退火处理；

(2)将退火处理后的衬底固定在纺丝设备的运动平台所所承接的接收基板上，并使P3HT薄膜朝上，再在纺丝设备上安装同轴喷嘴，所述同轴喷嘴位于所述P3HT的上方并且其出口朝下，其中所述同轴喷嘴具有同轴设置的外筒和设置在所述外筒内的内筒并且所述外筒和内筒的出口重合，调节高压发生器，使得施加在运动平台和同轴喷嘴之间的电压为1.5～1.9kV，将导电溶液Ⅰ和有机聚合物溶液Ⅱ分别加入同轴喷嘴的内筒和外筒中并控制导电溶液Ⅰ和有机聚合物溶液Ⅱ的流量分别为200～400nl/min和800～1200nl/min，则导电溶液Ⅰ和有机聚合物溶液Ⅱ在同轴喷嘴的出口处形成泰勒锥并流出到由运动基板带动进行移动的P3HT薄膜上，所述导电溶液Ⅰ和有机聚合物溶液Ⅱ在P3HT薄膜上形成一条同轴双层定向纤维，所述同轴双层定向纤维中，由导电溶液Ⅰ形成的内层作为晶体管的栅极，由有机聚合物溶液Ⅱ形成的外层作为晶体管的介电层；