[发明专利]有机薄膜晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明的方面涉及有机薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

晶体管可以分成两种主要类型：双极结晶体管和场效应晶体管。两种类型共用相同的结构，该结构包括三个电极，其中在其之间的沟道区中设置有半导体材料。双极结晶体管的三个电极称为发射极、集电极和基极，而在场效应晶体管中，将三个电极称为源极、漏极和栅极。可以将双极结晶体管描述为电流操作器件，因为由在基极与发射极之间流动的电流来控制发射极与集电极之间的电流。相对照地，可以将场效应晶体管描述为电压操作器件，因为由栅极与源极之间的电压来控制在源极与漏极之间流动的电流。

还可以根据晶体管是否包括分别传导正电荷载流子(空穴)或负电荷载流子(电子)的半导体材料将其分类为P型和N型。可以根据其接受、传导、和施予电荷的能力来选择半导体材料。可以通过对材料进行掺杂来增强半导体材料接受、传导和施予空穴或电子的能力。还可以根据其接受和注入空穴或电子的能力来选择用于源电极和漏电极的材料。

例如，可以通过选择在接受、传导、和施予空穴方面高效的半导体材料，以及选择在注入和从半导体材料接受空穴方面高效的用于源电极和漏电极的材料来形成p型晶体管器件。电极中的费米能级与半导体材料的HOMO能级的良好能级匹配能够增强空穴注入和接受。相对照地，可以通过选择在接受、传导、和施予电子方面高效的半导体材料，以及选择在向半导体材料注入和从半导体材料接受电子方面高效的用于源电极和漏电极的材料来形成n型晶体管器件。电极中的费米能级与半导体材料的LUMO能级的良好能级匹配能够增强电子注入和接受。

可以通过在薄膜中沉积部件以形成薄膜晶体管来形成晶体管。当使用有机材料作为此类器件中的半导体材料时，将其称为有机薄膜晶体管。

用于有机薄膜晶体管的各种布置是已知的。一种此类器件是绝缘栅极场效应晶体管，其包括：源电极和漏电极，在之间的沟道区中设置有半导体材料；与半导体材料相邻设置的栅电极；以及设置在栅电极与沟道区中的半导体材料之间的一层绝缘材料。

此类有机薄膜晶体管的示例在图1中示出。所示的结构可以沉积在衬底1上并包括源电极和漏电极2、4，源电极和漏电极2、4被位于其之间的沟道区6间隔开。有机半导体(OSC)8被沉积在沟道区6中且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。电介质材料的绝缘层10沉积在有机半导体8上且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。最后，栅电极12沉积在绝缘层10上。栅电极12位于沟道区6之上且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。

上述结构称为顶栅有机薄膜晶体管，因为栅极位于器件的顶侧。或者，还已知在器件的底侧提供栅极以形成所谓的底栅有机薄膜晶体管。

此类底栅有机薄膜晶体管的示例在图2中示出。为了更清楚地示出图1和2所示的结构之间的关系，已对相应的部分使用相似的附图标记。图2所示的底栅结构包括沉积在衬底1上的栅电极12，具有沉积在其上面的电介质材料的绝缘层10。源电极和漏电极2、4被沉积在电介质材料的绝缘层10上。源电极和漏电极2、4被栅电极上的位于其之间的沟道区6间隔开。有机半导体(OSC)8被沉积在沟道区6中且可以在源电极和漏电极2、4的至少一部分上延伸。

所有有机薄膜晶体管面临的挑战之一是保证源电极和漏电极与有机半导体(OSC)之间的良好的欧姆接触。此要求是为了使薄膜晶体管被接通时的接触电阻最小化。对于p沟道器件而言，使提取和注入障碍最小化的典型方法是选择具有与OSC的HOMO能级最佳匹配的功函数的材料用于源电极和漏电极。例如，许多常见的OSC材料具有与金的功函数匹配的良好HOMO能级，使得金成为用作源电极和漏电极材料的相对好的材料。类似地，对于n沟道器件而言，使提取和注入障碍最小化的典型方法是选择具有与OSC的LUMO能级最佳匹配的功函数的材料用于源电极和漏电极。

上述布置存在的一个问题是相对少数的材料将具有一种功函数，该功函数具有与OSC的HOMO/LUMO匹配的良好匹配的能级。许多这种材料可能是昂贵的，诸如金，和/或可能难以沉积以形成源电极和漏电极。此外，即使可获得适当的材料，其可能对于期望OSC而言也不是完美匹配的，并且OSC的变化可能要求用于源电极和漏电极的材料的变化。

一种已知解决方案是在源电极和漏电极上提供薄自组装偶极层以改善能级匹配。虽然不束缚于理论，但薄自组装偶极层可以提供使源电极/漏电极的材料的能级和/或接近源电极/漏电极的OSC的能级移位的场，以改善OSC与源极/漏极的材料之间的能级匹配。