[发明专利]一种基于铋接触电极的N型聚合物场效应晶体管的制备方法

说明书

本发明涉及微电子材料与器件技术领域，涉及一种基于铋接触电极的N型聚合物场效应晶体管的制备方法；N型聚合物场效应晶体管为顶栅底接触结构；首先在衬底上通过掩膜版使用真空蒸镀的方式制备铋金属膜作为源、漏电极，随后在其表面旋涂有机半导体作为有源层，待其退火结束后在其表面旋涂绝缘体作为介电层，最后通过掩模膜版在介电层上方蒸镀铝金属膜作为栅电极；该方法制备的接触电极相较于传统的金接触电极，其N型电接触性能获得了明显改善，器件性能明显提升，同时制备成本得到显著下降。

技术领域

本发明涉及微电子材料与器件技术领域，尤其是涉及一种基于铋接触电极的N型聚合物场效应晶体管的制备方法。

背景技术

自1947年贝尔实验室发明第一个晶体管开始，以硅、锗、砷化镓等为代表的无机半导体就被广泛地应用于各种集成电路元器件，带动着信息产业的发展。然而随着摩尔定律不断逼近物理极限，传统的集成电路产业受到了前所未有的挑战。与此同时，有机电子学由于其本身大面积、柔性、环保、成本低等优点获得了广泛的关注，而有机场效应晶体管(Organic Field-Effect Transistor, OFET)作为其重要应用之一也经历了飞速的发展。

近年来，OFET在结构设计以及制造工艺方面取得了巨大的进步，其载流子迁移率甚至已经可以和非晶硅相媲美。载流子注入和输运是影响OFET器件性能的两个关键因素；其中通过电接触工程降低器件接触电阻( R_c)，对提升OFET性能具有重要意义。

事实上，作为限制有机电子器件性能的关键因素之一，接触电阻( R_c)可以被分为金属与有机半导体接触的界面电阻 R_int以及有机半导体内部由接触到沟道的电阻 R_bulk两个部分组成，其中 R_int主要源于金属电极的费米能级与有机半导体输运能级的能量差，即肖特基势垒；而 R_bulk受接触面附近的缺陷等体输运影响。相较而言，前者是OFET接触电阻的主导因素，因此可以通过选择与有机半导体能级匹配的电极材料来降低势垒，形成欧姆接触有效降低接触 R_c，提高器件性能。

OFET发展至今，金(Au)由于较高的电导率和功函数，出色的化学稳定性，与P型有机半导体最高分子占据能级(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO)较接近的费米能级，因此常被选作P型有机器件的接触电极材料。与此同时，一系列减小与P型半导体之间的注入势垒的物理化学方法正在不断的完善，作为金的替代金属，成本更低的铜(Cu)也展现出了优越的器件性能；综上所述，这些已有的研究主要集中于P型有机半导体，对于选择怎样的电极材料改善N型电接触一直是个难题。为了减少电子注入的肖特基势垒，N型有机器件需选择功函数较低的金属作为接触电极。然而低功函数金属的化学活性很高，极易在空气中与水氧发生反应，造成器件电学特性和稳定性差，限制了其发展。因此，选择一种合适的金属材料与N型有机半导体之间有良好的电接触，从而制备出性能良好的N型OFET就显得极为重要。

铋（Bi）与砷和锑的性质相似。新生产的铋是银白色的易碎金属，但是表面经氧化后会变成粉红色。铋是一种特殊的金属，它天然反磁，同时也是金属中热导率最低的元素之一。长期以来，铋一直被认为是原子序数最大的稳定元素之一。因为铋的半衰期极长，其微乎其微的放射性对生物完全没有任何影响（甚至比人体本身的放射性水平还低），仅是基于物理模型的推测才被发现。