[发明专利]双极性薄膜晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜晶体管技术领域，尤其涉及一种双极性薄膜晶体管及其制造方法。

背景技术

薄膜晶体管（英语：Thin-Film Transistor，缩写：TFT），是场效应晶体管的种类之一，大略的制作方式是在基板上沉积各种不同的薄膜，如半导体主动层、介电层和金属电极层。

30年来，基于TFT的大尺寸(面积)微电子技术导致了有源矩阵液晶显示(Active matrix Liquid crystal display，AM-LCD)、有源矩阵发光二极管显示(Active matrix organic light emitting diode，AM-OLED)等有源矩阵平板显示(Active Matrix Flat Panel Display，AM-FPD)技术的高速发展。

到目前为止，非晶硅(a-Si)经常被用于薄膜晶体管中，因此，需要高温处理和昂贵的成膜设备。此外，需要高温处理使得难以将器件(元件)制造到高分子基板等上。

因此，为了以低成本在衬底上制造电子器件，必须研发一种不需要复杂设备的简单的低温处理，或者通过简单处理能获得充分特性的一种或多种材料、材料的有效组合以及进一步的简单的装置结构等。

近年来，研究表明，金属氧化物半导体(Oxide Semiconductor，OS)具有高迁移率(10-70cm2(V.s)-1)、光学透明和低温制备等优点，有望成为新一代主流的TFT沟道材料。

在TFT被应用于液晶显示器或电子纸等用的背板的情况下，进行n型驱动就足够了。但是从应用的角度考虑，高性能的p-MOTFT在许多应用领域是非常需要的。例如在AM-OLED应用方面，AM-OLED被认为极有可能成为近一代的主流AM-FPD。就AM-OLED的像素驱动电路而言，如果驱动管是n型，则OLED阈值电压不均匀或发生变化会导致驱动管的栅源电压Vgs(栅与电源电位之差)不均匀或发生改变，驱动电流(亮度)随之发生改变。如果驱动管为p-TFT，其Vgs与OLED阈值电压无关，因此即使阈值电压改变或本身不均匀对驱动电流(亮度)的影响很小，所以p-MOTFT更适合AM-OLED应用。其次，包括周边驱动电路在内的全集成化的平板显示器(屏上系统，System on Panel，SoP)总是一个追求的目标。要实现这一目标，采用同时包含n和p型器件的互补集成技术是最佳选择。此时，p-MOTFT是不可缺少的。进一步的，在TFT被应用于诸如液晶显示器、电子纸等显示器、CMOS等逻辑电路或太阳能电池等的驱动的情况下，要求双极性操作，即不仅要求n型操作还要求p型操作。

而现今作为金属氧化物TFT(Metal oxide TFT，MOTFT)沟道层的大部分OS材料(如ZnO和InGaZnOx等)均为n型，因为这些OS主要由氧空位和金属间隙离子提供施主电子而导电。n-OS的电子迁移率通常比较大，这是因为其电子传输路径，即导带最小值主要由金属离子空间展宽的s轨道组成。而n-OS的空穴迁移率往往很低，因为其空穴传输路径，即价带最大值主要由定域的O2p轨道组成。因此，获得p型的MOTFT具有很大的挑战性。

有机薄膜晶体管(OTFTs)是以有机半导体材料为有源层的场效应晶体管器件，与无机薄膜晶体管相比，OTFTs具有更多的优点：有机薄膜的成膜技术更多、更方便;器件的尺寸更小、集成度更高；器件的制作工艺较为简单，能够有效地降低器件的成本；可通过适当修饰有机分子结构来提高器件性能；全部由有机材料制备的“全有机”场效应晶体管呈现出非常好的柔韧性,质量轻且携带方便；可实现大面积化显示器件的控制。随着高迁移率有机半导体材料、薄膜物理和器件工程等方面研究的快速发展，OTFTs的迁移率、开关电流比等性能已达到或超过非晶硅(α-Si:H)晶体管器件的水平，因此,其在液晶和有机电致发光显示器、有源驱动电路、传感器、电子标签和互补逻辑电路中有着广阔的应用前景。

而现有技术中的双极性TFT大多是利用n型金属氧化物半导体材料和p型如CuAO₂(A＝Al，Ga，In)和LaCuOS等金属氧化物半导体材料作为n-TFT和p-TFT沟道材料，但是由于这些p型金属氧化物半导体材料的制备工艺比较复杂，使得这种双极性TFT的制备工艺都较为复杂，成本较高，不能满足现有TFT作为驱动应用到电路中的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双极性薄膜晶体管及其制造方法，利用有机半导体材料和金属氧化物半导体材料来提供n型TFT和p型TFT两种驱动，结构和制作工艺简单。