[发明专利]一种基于氘气退火工艺的顶栅底接触器件及制造方法和有机场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种顶栅底接触器件结构，从上而下依次包括栅极层‑绝缘层‑半导体层‑源漏电极层和基底层，所述半导体层的材质为有机聚合物，所述有机聚合物的单体中碳碳双键的不饱和度≥8；所述绝缘层和所述半导体层为一体结构；所述半导体的表层经氘气退火工艺处理得到所述绝缘层。采用了本发明的技术方案，无需重新选择材料再单独制备绝缘层，而是通过氘气退火，利用氘气在半导体层表面进行加成反应，使表层的半导体层转化为绝缘材料，直接在半导体层的表层形成绝缘层，减少了绝缘层的加工工艺步骤，从根本上解决了绝缘材料和半导体材料选择的难题。

技术领域

本发明涉及半导体材料中有机场效应晶体管技术领域，具体涉及一种基于氘气退火工艺的顶栅底接触器件结构及制造方法和有机场效应晶体管。

背景技术

有机场效应晶体管(Field Effect Transistor；FET)是利用电场来控制固体材料导电性能的有源器件，由于其所具有体积小、重量轻、功耗低、热稳定性好、无二次击穿现象以及安全工作区域宽等优点，现已成为微电子行业中的重要元件之一。

有机场效应晶体管作为柔性电子的最基本构成单元而受到广泛的关注。其中，有机场效应晶体管结构包括顶接触结构和底接触结构。其中，后者也称为顶栅底接触的器件结构。该结构器件中，由于首先制备源漏电极，栅极可起到封装的效果，且顶部覆盖有绝缘层，绝缘层由于能够阻挡空气中的水氧侵蚀，因此有机半导体可有效地得到保护，从而使顶栅底接触的器件结构具有较为优异的器件稳定性，也因此使其具有极大的市场应用前景。

但是，该结构在生产过程中，需要在有机半导体层上制备电介质层和栅电极，因此对有机半导体和绝缘层材料的选择上存在极大地限制性。因为顶栅底接触的器件结构通常需要在制备好的器件上再旋涂一层有机材料作为绝缘层，而顶部的绝缘层在制备过程中所用的溶剂需要与半导体层有相互交叉的溶解性，为了选择具有互不相溶性的溶剂，就导致了绝缘层和半导体层所使用的材料种类受到了严格的限制。也由于上述难以避免的溶剂的相容性问题，加工过程中导致两者界面上存在缺陷，存在大量的“陷阱”，使得栅极电压所诱导的电荷要先填满这些陷阱后才能在沟道中累积，导致阈值电压变大。现有技术中绝缘层材料主要包括PPMA、CYTOP、PI、PVP、PS、BCB、PVA等，采用上述绝缘层材料难以避免地与半导体材料发生相互溶解，影响了有机场效应晶体管的性能，从而导致半导体层材料和绝缘层材料的选择受到极大地限制。

另一方面，现有技术中氘气退火工艺往往应用于消除栅极层的氧化层的界面的缺陷密度和电荷密度。例如，中国发明专利CN109300782A公开了一种半导体器件的制造方法，对栅氧化层进行氘气退火工艺，以采用氘气退火工艺填补界面层的“悬挂”键，从而改善衬底与栅氧化层之间的界面层的“悬挂”键。具体地，该发明采用激光快速退火工艺+氘气退火工艺来消除栅极氧化层与衬底之间的界面作用，且氘气采用的是氮气和氘气的混合气体进行退火，采用的原理是通过激光处理去除本征氧化层，防止有机物吸附而对后续氘气退火工艺造成不良影响，又能促进氘原子向界面层的扩散，进而确保后续氘退火工艺具有高和稳定的氘原子扩散量；用氘气退火工艺填补界面层的“悬挂”键。但是，现有技术中并未见氘气退火工艺在绝缘层和半导体层材料的选择和转化中的应用。

对于柔性器件，现有技术通常采用旋涂或印刷聚合物材料经过适当温度退火后作为介电绝缘层，本发明在现有技术基础上进行工艺的改进，无需改换其他操作，仅需要对退火工艺进行改进，无需增加工序，节约成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种顶栅底接触器件结构及制造方法和有机场效应晶体管，利用半导体层在氘气高温条件下退火，实现半导体层的表面向绝缘层的转化，从而根本上解决了绝缘层的溶剂选择问题和减少半导体层和绝缘层界面陷阱，降低阈值电压。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：