[发明专利]有机半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路及其制造方法，且特别是涉及一种有机半导体元件及其制造方法。

背景技术

有机薄膜晶体管是由有机共轭高分子或寡分子材料所制成的晶体管，与传统的无机晶体管比较起来，有机薄膜晶体管可在低温下制作，因此在基板选择上可采用较轻、薄且便宜的塑料取代玻璃。此外，有机薄膜晶体管相对来讲制造工艺简单，故极具发展潜力。

虽然有机薄膜晶体管具有上述的优点，但目前研究上仍有一些瓶颈有待克服，如载流子移动速率较慢、驱动电压过高等问题。载流子移动速率过慢，主要是因为有源层的有机半导体分子的结晶颗粒大小会因为底层的材料性质及表面粗糙度而异，小的结晶分子间存在许多边界(boundary)，这些边界会阻碍载流子的传递，降低载流子移动速率，影响元件的电性特性，进而限制有机薄膜晶体管开发及应用的范围。

目前研究主要集中在如何使有源层的有机半导体分子以单晶或结晶颗粒较大的型态存在。其中较引起注意的方法是对沉积有机半导体分子的表面做改质，即于介电层上覆盖一层能提升有机半导体分子结晶型态的中间层，已有显著的成果。但在金属电极上方及边界所形成的结晶颗粒仍然很小。因此，有部分研究是将金属表面形成单一层的自行对准材料层(self-alignmaterial，SAM)或将半导体材料改质以助半导体分子排列，但单层的SAM容易挥发且质量稳定性不佳；而半导体层改质又会影响半导体材料本身的特性。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种有机半导体元件及其制造方法，其具有较高的载流子移动速率，以改善耗电的问题。

本发明的再一目的就是在提供一种有机半导体元件及其制造方法，其可以改变金属电极上方及边界的有机半导体结晶的排列方式并增加结晶颗粒的大小。

本发明提出一种有机半导体元件的制造方法，此方法是在基底上形成栅极导体层，再形成栅极介电层。然后，在栅极导体层两侧的栅介电层上分别形成图案化金属层，接着，在各个图案化金属层的上表面以及相邻的侧壁上分别形成一电极改质层，此电极改质层与其所覆盖的图案化金属层构成一源极/漏极。之后，在二源极/漏极之间及其上方形成一有机半导体层，以做为一有源层。

依照本发明实施例所述，上述电极改质层的形成方法是在基底上形成一层覆盖图案化金属层与栅介电层的电极改质材料层，再以激光照射并去除图案化金属层之间的部分电极改质材料层。

依照本发明实施例所述，上述电极改质材料层的形成方法可采用旋转涂布法，其材质包括导电高分子，如聚3，4-乙撑二氧噻吩(poly(3，4-ethylenedioxythiophene)、聚4-苯乙烯磺酸钠(poly(styrenesulfonate，PEDOT:PSS)、聚苯胺(polyaniline)或聚吡咯(polypyrrole)。

依照本发明实施例所述，上述有机半导体层的材质包括并五苯或聚3-己噻吩。

依照本发明实施例所述，上述有机半导体元件的制造方法中，在形成图案化金属层与形成电极改质层的步骤之间，更包括在二图案化金属层之间所裸露的栅介电层上形成一中间层，此中间层的材质可以是十八烷基三氯硅烷单层膜(octadecyltrichlorosilane(OTS)monolayer)、聚酰亚胺(polyimide)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl Methacrylate)。

本发明提出一种有机半导体元件，其包括一栅极导体层、一栅介电层、二源极/漏极以及一有源层。栅极导体层位于基底上；栅介电层，覆盖在基底与栅极导体层上。源极/漏极，位于栅极导体层两侧的栅介电层上，源极/漏极是由图案化金属层以及覆盖于该图案化金属层的上表面与侧壁的电极改质层所构成。有源层则覆盖部分源极/漏极并填充于源极/漏极之间的间隙中。

依照本发明实施例所述，上述电极改质层的材质包括导电高分子，如聚3，4-乙撑二氧噻吩、聚4-苯乙烯磺酸钠、聚苯胺或聚吡咯。

依照本发明实施例所述，上述的有机半导体元件，更包括一中间层，位于二图案化金属层之间以及该有源层与该栅介电层之间。

依照本发明实施例所述，上述中间层的材质包括十八烷基三氯硅烷单层膜或聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯。上述有源层的材质包括有机半导体。

本发明提出一种有机半导体元件，其包括二电极以及有机半导体层。各电极包括一图案化金属层以及覆盖于图案化金属层的上表面与侧壁的一电极改质层。有机半导体层则位于二电极之间并延伸覆盖部分的电极改质层。