一種金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體納米材料與器件領域，特別是一種金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展和社會的進步，人們對于信息存儲、傳遞及其處理的依賴程度日益增加。而半導體器件和工藝技術作為信息的存儲、傳遞及其處理的主要載體和物質基礎，現已成為眾多科學家爭相研宄的熱點。薄膜晶體管，作為一種非常重要的半導體器件，在信息存儲、傳遞和處理等領域起著至關重要的作用。然而，截至目前為止，現有大規模使用薄膜晶體管，是一種基于微電子硅工藝的半導體器件。這種傳統的基于硅微電子工藝薄膜場效應晶體管存在對設備要求高，制備工藝復雜，成本較高和器件整體性能有限，靈敏度、開關頻率和速度有限等問題。并且，隨著人們對于高性能薄膜晶體管要求的逐步提升，基于微電子硅工藝的薄膜場效應晶體管已難以滿足當今信息社會對高靈敏度、高開關頻率和開關速度的薄膜場效應晶體管的需求。
[0003]近年來，納米材料和納米結構因其具有獨特的電學、光學量子尺寸效應，為控制材料性能提供了除控制其化學組成之外的另一有效手段。尤其是通過電子束刻蝕技術獲得圖形化光刻膠，從而通過光刻膠lift-off工藝技術實現金屬膜片陣列制備及其金屬膜片陣列間隙的可控，由于這種金屬膜片陣列材料非常高迀移率和電傳導能力，這種金屬膜片陣列結構將有效降低了電子在導電溝道中阻礙作用，大大提升了這種復合結構導電溝道中電子迀移率，這將為制備金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道場效應管提供了可能。此夕卜，由于金屬膜片陣列在復合導電溝道規則分布，將間接縮短了薄膜晶體管的有效溝道長度，從而很大程度上可以有效提升這種金屬膜片陣列/有機半導體材料復合導電溝道薄膜晶體管的輸入特性和轉移特性，因此，這為有機半導體導電溝道為基礎的新型薄膜晶體管制備提供了一種可能和新思路。
【發明內容】
[0004]有鑒于此，本發明的目的是提出一種金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的制備方法，制備方法新穎，制作成本低，制備工藝簡單，器件性能靈活可控。
[0005]本發明采用以下方案實現:一種金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的制備方法，具體包括以下步驟；
步驟S1:選取一硅/ 二氧化硅襯底，所述的硅/ 二氧化硅襯底包括襯底硅以及設置于襯娃表面的二氧化娃膜；
步驟S2:利用旋涂成膜工藝在所述硅/ 二氧化硅襯底表面制備金屬膜片陣列層；
步驟S3:制備有機半導體層，得到金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層，并將所述的金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層作為導電溝道； 步驟S4:在步驟S3得到的覆蓋有金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層的硅/ 二氧化硅襯底上制備金屬電極，得到金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極；
步驟S5:采用有機物封裝，得到金屬量子點/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管。
[0006]進一步的，所述步驟S2具體為:將娃/ 二氧化娃襯底采用硫酸與雙氧水的混合溶液高溫清洗，并采用旋涂工藝在硅/二氧化硅襯底的二氧化硅膜表面涂覆一層光刻膠，利用電子束刻蝕光刻技術將待生長金屬膜片陣列處的光刻膠刻蝕去除，并通過蒸鍍工藝技術在圖形化的光刻膠上生長一層金屬膜，接著將生長了金屬膜的硅/ 二氧化硅襯底在丙酮溶液中超聲形成金屬膜片陣列，制得覆蓋了金屬膜片陣列層的硅/ 二氧化硅襯底。較佳地，本發明采用lift Off工藝，在沒有光刻膠覆蓋的地方的金屬膜會保留下來，而有光刻膠覆蓋地方的金屬膜會在超聲過程中隨著光刻膠剝離下來。
[0007]進一步的，所述步驟S3具體為:將有機半導體前驅體溶液旋涂在覆蓋了金屬膜片陣列層的硅/ 二氧化硅襯底的金屬膜片陣列層表面，并采用熱處理固化，在金屬膜片陣列層表面上制備有機半導體層，得到金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層。
[0008]進一步的，所述步驟S4具體為:在覆蓋有金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層的娃/二氧化娃襯底的金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層表面以及娃/二氧化娃襯底的娃襯底表面分別采用圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝形成Cr/Au復合金屬電極，分別作為金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極。
[0009]進一步的，所述步驟S5具體為:將聚酰胺酸溶液旋涂在覆蓋有金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層的硅/二氧化硅襯底的金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層表面形成膜，并采用階梯溫度熱處理方式實現聚酰胺酸的聚酰亞胺化，得到金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管。
[0010]進一步的，所述娃/ 二氧化娃襯底面積為IcmX Icm ;其中二氧化娃膜作為金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的絕緣層，所述二氧化硅膜的厚度為30-300nm ;所述光刻膠的厚度為10-1OOOnm ;其中金屬膜片陣列中單個金屬膜片單元的面積為I μπι-5 UmX I μπι-20 μπι ;金屬膜片單元間間隙為20nm-1000nm ;金屬膜片陣列的厚度為 20nm_50nmo
[0011]進一步的，所述的有機半導體前驅體溶液包括并五苯以及PED0T/PSS ;其中所述將有機半導體前驅體溶液旋涂在覆蓋了金屬膜片陣列層的硅/二氧化硅襯底的金屬膜片陣列層表面的旋涂工藝轉數為1000-3000rpm ;所述的熱處理溫度為80-150°C和所述的熱處理的時間分別為0.5-3.0h ;所述的有機半導體層厚度為5nm-30nm。
[0012]進一步的，所述源極與漏極設置于復合膜層表面，間距為10-50 μ m，所述的柵極設置于襯底背面；所述的圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝為采用圖形化的金屬掩膜覆蓋在覆蓋有金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層的硅/二氧化硅襯底的金屬膜片陣列/有機半導體復合膜層表面，然后在其表面進行蒸鍍。
[0013]進一步的，所述階梯溫度熱處理方式為120°C /I h，180°C /I h，250°C/l h，300°C/I h0
[0014]具體的，本發明的制備方法為:
(I)取IcmX Icm大小、氧化層厚度為30?300nm的娃/ 二氧化娃襯底。將該娃/ 二氧化硅襯底在濃硫酸/少量雙氧水溶液中高溫清洗30min，并采用旋涂工藝將在硅/ 二氧化硅襯底表面涂覆一層光刻膠，利用電子束刻蝕光刻技術將生長金屬膜片陣列處光刻膠刻蝕去除，并通過蒸鍍工藝技術在圖形化的光刻膠上生長一層20nm-50nm金屬膜(金、銀、銅)，隨后將生長了金屬膜樣片在丙酮溶液中超聲形成金屬(金、銀、銅)膜片陣列，制得覆蓋金屬膜片陣列的硅/二氧化硅樣片。
[0015](2)采用1000-3000rpm轉速將有機半導體如并五苯或PEDOT/PSS的氯苯溶液旋涂到涂覆了金屬膜片陣列的硅/ 二氧化硅襯底樣片上，并在80-150°C溫度條件下熱處理0.5-3.0h，及在金屬膜片陣列上形成一層有機半導體層。
[0016](3)在制備了金屬膜片陣列層、有機半導體層的娃/ 二氧化娃襯底樣片上采用圖形化掩膜覆蓋蒸鍍工藝形成Cr/Au復合金屬電極，分別作為金屬膜片陣列/有機半導體復合導電溝道薄膜晶體管的源極、漏極和柵極；其中源極、漏極和柵極面積為200 μ mX 300 μ m，源極與漏極間距為10-50 μ m。
[0017](4)采用1000-3000rpm轉速、60s旋涂時間將聚酰胺酸溶液旋涂到已經制備了金屬膜片陣列層、有機半導體層并鍍電極后的硅/ 二氧化硅樣片上，并經過相應的熱處理聚酰亞胺化，即在金屬膜片陣列層上形成一層有機絕緣隔封裝保護層。
[0018]與現有技術相比，本發明基于常規的旋涂成膜工藝技術及其光刻膠lift-off工藝技術制備出金屬膜片陣列/有機半導體材料復合導電溝道，并進一步通過旋涂有機物實現對金屬膜片陣列/有機