[发明专利]具有复合有源层的双极型薄膜晶体管器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制备方法，特别是涉及一种双极型薄膜晶管器件及其制备方法，应用于显示技术和集成电路领域。

背景技术

双极型薄膜晶体管已经广泛地应用集成电路中，传统的CMOS结构，它由一个P型MOS晶体管和一个N型MOS晶体管集成在一起，这种结构相对工艺比较复杂，成本会很高。而双极型薄膜晶体管在同一器件实现N型和P型输出，因此大大地简化了制备工艺，降低了制备成本。前人研究的双极型的OTFT器件存在明显的缺陷，因为在OTFT器件中，P型有机半导体往往迁移率较大，且稳定性较好，而N型有机半导体极少，且迁移率低，稳定性差，所以双极型OTFT器件往往因为N型输出电流较小，无法满足实际的应用和需求。另外，由于有机半导体材料在刻蚀过程中往往会影响薄膜的性能，使得OTFT器件的性能大幅度下降。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有复合有源层的双极型薄膜晶体管器件及其制备方法，采用一种新型的有机P型半导体和无机N型半导体材料组合的复合有源层。通常无机N型半导体材料比较丰富，且迁移率较高，制备方法相对简单，另外有机P型半导体材料种类比较多，迁移率较高，且稳定性较好。另外，N型无机薄膜晶体管采用底栅顶接触结构，而P型有机薄膜晶体管采用底栅顶接触结构，很好地避免了有机薄膜晶体管刻蚀过程造成的损伤，本发明充分结合有机P型半导体材料和无机N型半导体材料各自的优点，合理地运用在双极型薄膜晶体管器件中，实现了N型和P型输出。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种具有复合有源层的双极型薄膜晶体管器件，依次由基板、栅极、绝缘层、无机半导体有源层、源极、漏极和有机半导体有源层构成底栅结构，无机半导体有源层的厚度为10～50nm，有机半导体有源层的厚度为10～60nm，源极和漏极形成同层源漏电极薄膜层，无机半导体有源层和有机半导体有源层位于源漏电极薄膜层两侧，从而形成双极型的薄膜晶体管器件的无机-有机复合结构有源层。

上述无机半导体有源层优选采用ZnO、InGaZnO、SnO₂、In₂O₃、非晶硅、微晶硅和多晶硅材料中的任意一种材料或者任意几种材料制备的N型半导体薄膜。

上述有机半导体有源层优选采用酞菁系列、苯环系列和噻吩系列材料中的任意一种材料或者任意几种材料制备的P型半导体薄膜。

上述有机半导体有源层优选采用CuPc、ZnPc和pentacene、rubrene材料中的任意一种材料或者任意几种材料制备的P型半导体薄膜。

上述基板材料优选为硅片、玻璃或者陶瓷。

上述栅极的材料优选采用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ITO、W、Ag和Ta中的任意一种材料或任意几种材料，形成图案化的栅极薄膜层，栅极厚度优选为30～100nm；上述源极或上述漏极材料分别优选采用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg和Ca中的任意一种材料或任意几种材料，上述源极材料或上述漏极形成的同层电极层的厚度优选为30～120nm。

上述绝缘层优选采用Ta₂O₅、Al₂O₃、SiO₂、TiO₂和SiN_1~1.5中的任意一种材料或任意几种材料制备成薄膜，绝缘层厚度优选为100～300nm。

一种具有复合有源层的双极型薄膜晶体管器件的制备方法，分别采用下述方法依次逐层制备各功能结构层，包括如下步骤：

a．在基板之上通过真空蒸发工艺或溅射工艺制备栅极功能层；

b．采用磁控溅射方法或化学气相沉积方法，在步骤a中制备的栅极功能层之上继续制备绝缘层；

c．采用磁控溅射方法或原子层沉积方法，在步骤b中制备的绝缘层之上继续制备无机半导体有源层，控制无机半导体有源层的厚度为10～50nm；

d．采用真空蒸发方法或溅射方法，在步骤c中制备的无机半导体有源层之上继续制备源极和漏极，形成源漏电极薄膜层；