[发明专利]一种基于氘气等离子体轰击工艺的顶栅底接触器件及其制造方法和有机场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种基于氘气等离子体轰击工艺的顶栅底接触器件结构，包括衬底、栅电极、绝缘层、半导体层、源漏电极；所述半导体层为有机聚合物旋涂与所述衬底和所述源漏电极表面，经氘气产生等离子体轰击工艺，将所述半导体层表面的聚合物单体钝化处理转化为绝缘层，使所述绝缘层和所述半导体层具有一体结构。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，而是通过氘气等离子体轰击技术，形成的绝缘层表面能非常低，当在绝缘层上再次进行真空蒸镀铝形成栅极层时，栅极层能够与绝缘层很好的结合，避免了脱落的技术问题。

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等离子体轰击工艺的顶栅底接触器件及其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，因此对半导体层和绝缘层材料的选择上存在极大地限制性的技术问题。为了避免半导体层和绝缘层之间的溶剂的相互溶解，利用氘气退火工艺将半导体层表面进行加成反应处理形成绝缘层，规避了半导体层和绝缘层溶剂溶解的问题。但是，在实践中发现，半导体层通过氘气退火后，不仅改变了半导体层表面的导电性，同时改变了材料的表面能，在其上所蒸镀的源漏电极层容易与半导体层剥离，造成源漏电极层脱落，影响有机场效应晶体管的使用寿命。

等离子体也称为物质的第四态，是一种电离的气体，通常由正离子、负离子、电子以及电中性粒子组成。等离子体的应用非常广，包括等离子体表面改性、等离子体聚合以及等离子体引发聚合等。其中等离子体表面改性指的是采用等离子体处理材料表面，使其表面基团以及其他性质发生改变的改性方式。等离子体聚合则是利用放电技术使有机气态单体发生电离、形成自由基等活性粒子，从而引发活性粒子或单体之间的聚合。

现有技术中，采用等离子交联的技术来处理有机场效应晶体管介电层。中国发明专利CN105280816A公开了一种使用等离子体交联技术制备有机场效应晶体管介电层的方法，该发明针对顶接触结构，首先在衬底上制备栅极或栅极与绝缘层；然后再利用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)，通过等离子体活化可以发生聚合反应的单体，在栅极上或介电层上生长出致密、超薄、交联的有机物介电层；再在薄膜上面制备半导体层；最后制作源极与漏极。该方法简单方便，可以实现全有机材料的柔性电子器件，克服无机材料的不可弯折性。高度交联的薄膜绝缘性能好，可以实现柔性电子器件所需要的超薄介电层的制备；同时不溶于一般的有机溶剂，可以实现全溶液法制备有机场效应晶体管。该发明针对具有顶接触结构的有机场效应晶体管的介电层制备工艺，解决了现有技术中半导体层和绝缘层之间的溶剂的相互溶解的技术问题，但是，该方法在形成介电层是通过通入混合气体并采用感应耦合等方法放电产生等离子体后在栅极层或介电层上形成一层超薄的绝缘层，然后在绝缘层上再旋涂，采用该工艺在栅极上或介电层上生长出致密、超薄、交联的过程缓慢且较为困难，与常规的化学气相沉积方法制备绝缘层具有相同的问题。

鉴于此，本发明采取了一种全新的基于氘气等离子体轰击工艺的有机场效应晶体管。

发明内容