一種固態電解質薄膜晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種場效應晶體管及其制備方法，更具體地講，涉及一種以固態電解質為絕緣層材料的場效應晶體管，通過“切割一轉移一貼片”的工藝形成絕緣層區域的精確控制和自動化生產。
【背景技術】
[0002]薄膜晶體管由于具有低成本、可低溫制備、易于柔性和大面積集成等優點取得了廣泛的關注，在傳感單元、射頻標志識別標簽、電子紙顯示背板、醫療衛生等領域已經取得了實際應用。隨著人們對于電子產品低成本和便攜不斷增長的要求，溶液法薄膜晶體管的發展勢必會得到更大的推動和重視。
[0003]使用聚合物電解質材料作為薄膜晶體管的絕緣層，能在提高絕緣層厚度的基礎上，提高漏極輸出電流和降低晶體管工作電壓。這種低工作電壓和大電流輸出的晶體管可用于驅動有機電致發光器件、電子紙和液晶顯示器等領域，具有良好的應用前景。
[0004]作為電路的基礎元器件，薄膜晶體管的加工工藝已經趨于成熟，由真空蒸鍍電極，旋涂、打印、噴涂等方式制備有源層和絕緣層薄膜的工藝已得到廣泛的應用。然而，對于電解質薄膜晶體管來講，電解質絕緣層的制備和集成工藝很難實現器件圖案化應用和自動化生產。本發明提供一種固態電解質薄膜晶體管的制備方法，可以實現晶體管電路的精確圖案化和全自動化生產制備，為固態電解質薄膜晶體管大量的、工業化的應用提供基礎的工藝支撐。
【發明內容】
[0005]本發明目的是，針對現有技術的不足，提供一種新型薄膜晶體管及制備方法，通過固態電解質絕緣層的引入，使得所制備得到的薄膜晶體管在低工作電壓下實現較高的開態電流和較大的開關比，從而使薄膜晶體管具有更廣闊的應用前景。這種方法充分利用了電解質絕緣層的特性，將絕緣層涂布于柔性襯底上，利用工具切割形成適合溝道區域大小的小片，然后利用機械將小片轉移并貼片至晶體管溝道區域，實現絕緣層的圖案化處理和自動化對準集成工藝。
[0006]一種固態電解質薄膜晶體管，包括:絕緣襯底11、源電極12、漏電極13、半導體層14、電解質絕緣層15、柵電極16和柵極襯底17 ;所述晶體管為頂柵底接觸結構，所述絕緣襯底11位于晶體管的最底層，源電極12和漏電極13制備在絕緣襯底11之上，半導體層14制備在絕緣襯底11以及源電極12和漏電極13之上；半導體層之上為電解質絕緣層，電解質絕緣層之上分別設有電解質絕緣層15和柵電極；
[0007]所述絕緣襯底包括:玻璃或塑料薄膜等。
[0008]所述源電極12、漏電極13的材料包括:金、銀、銅、鋁等導電金屬，ITO等導電無機物或PEDOT:PSS等導電有機物。制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進行熱蒸鍍，或使用噴墨打印機或點膠機等設備進行噴墨打印制備。
[0009]所述半導體層為溶液法加工的電子導電的無機半導體材料，如常見的無機氧化物半導體或溶液法加工的空穴導電的有機半導體材料，如常見的小分子半導體和聚合物半導體。
[0010]所述柵極襯底為塑料薄膜。
[0011]所述柵電極的材料包括:金、鉑等惰性導電金屬，或ITO等導電金屬氧化物，或PEDOT: PSS等導電有機物。
[0012]制備方法為旋涂，噴墨打印，絲網印刷，提拉法等溶液法。
[0013]電解質絕緣層(15)為溶液法加工的聚合物電解質絕緣層材料，包括聚乙烯醇+氟化鉀(PVA+KF)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物+1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(PS-PMMA-PS+[EMM] [TFSI])、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物+1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽(P(VDF-HFP)+ [EMM] [TFSI])、聚環氧乙烷+六氟磷酸鋰(PE0+LiPF6)等固態電解質體系。制備方法為溶液法旋涂、噴涂或刮涂電解質絕緣層溶液。
[0014]所述柵電極(16)的材料包括:金、銀、銅、鋁等導電金屬，ITO等導電無機物或PED0T:PSS等導電有機物。制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進行熱蒸鍍，或使用噴墨打印機等設備進行噴墨打印制備。
[0015]所述柵極襯底(17)的材料包括:塑料薄膜等。
[0016]一種固態電解質薄膜晶體管及其制備方法，所述方法包括:
[0017]在絕緣襯底上制備源電極和漏電極，所用制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進行熱蒸鍍，或使用噴墨打印機或點膠機進行打印。
[0018]在絕緣襯底上制備半導體層，所用制備方法為旋涂，噴墨打印，絲網印刷，提拉法等溶液法。
[0019]在柵極襯底上制備柵電極，所用制備方法為使用具有一定圖案的掩膜進行熱蒸鍍，或使用噴墨打印機或點膠機進行打印。
[0020]在柵極襯底柵電極上再制備電解質絕緣層，所用制備方法為溶液法旋涂、噴涂或刮涂電解質絕緣層溶液。
[0021]所述柵電極(16)制備在所述柵極襯底(17)之上；所述電解質絕緣層(15)位于所述柵電極(16)和所述柵極襯底(17)之上；將所述電解質絕緣層(15)、所述柵電極(16)和所述柵極襯底(17) —同覆蓋于所述半導體層(14)之上；如可利用全自動或半自動自對準機械轉移柵電極(16)、電解質絕緣層(15)和柵極襯底(17)覆蓋在半導體層(14)溝道區域之上。
[0022]在所述半導體層上貼片電解質絕緣層及柵極襯底，所用制備方法為使用具有自動化對準功能的貼片機。
[0023]本發明提供的一種固態電解質薄膜晶體管及其制備方法，具有以下有益效果:
[0024]第一、巧妙利用電解質絕緣層的特性制備電解質薄膜晶體管，可以顯著地降低工作電壓，增加輸出電流。
[0025]第二、可溶液法低溫制備，能夠很好的應用于柔性襯底。
[0026]第三、提供一種全新的“切割一轉移一貼片”工藝，實現了自動化加工以及精確對準，解決了在傳統制造過程中沉積固態電解質層時對半導體溝道區域的損壞或污染，利用本工藝形成孤立的電解質區域可以幫助消除在集成構建功能電路時可能存在的橫向耦合電場。
[0027]本發明選擇合適的材料體系，利用一種全新的“切割一轉移一貼片”工藝，實現了自動化加工以及精確對準，解決了在傳統制造過程中沉積固態電解質層時對半導體溝道區域的損壞或污染，利用本工藝形成孤立的電解質區域可以幫助消除在集成構建功能電路時可能存在的橫向親合電場。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明實施的固態電解質薄膜晶體管的剖面結構示意圖；
[0029]圖2A-圖2D是本發明實施的固態電解質薄膜晶體管的制備方法逐層制備功能層的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖更充分的描述本發明的實施方案。
[0031]本發明提供的固態電解質薄膜晶體管的結構如圖1所示。其中絕緣襯底(11)位于晶體管的最底層，源電極(12)和漏電極(13)制備在絕緣襯底(11)之上，半導體層(14)制備在絕緣襯底(11)以及源電極(12)和漏電極(13)之上；電解質絕緣層(15)制備在柵電極(16)和柵極襯底(17)之上；將柵極襯底(17)之上制備好的電解質絕緣層(15)、柵電極(16)和柵極襯底