專利名稱：一種柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電子器件，具體涉及一種柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法，屬于柔性電子技術領域。
背景技術：
基于氫化非晶硅半導體的薄膜晶體管已經在液晶顯示等技術領域中取得了廣泛的應用。近些年來，隨著各種新型半導體材料的不斷發展，有機薄膜晶體管和金屬氧化物晶體管的性能已經趕上甚至超過傳統非晶硅薄膜晶體管，而近期迅猛發展的新興技術，如溶液法加工工藝使得薄膜晶體管能夠低成本地與柔性襯底集成，更進一步拓展了薄膜晶體管的應用范圍。隨著人們對消費電子產品低成本和便攜性不斷增長的要求以及各行業日益豐富的功能性應用，靈活性更大的柔性薄膜晶體管勢必會得到更多的重視和應用。
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對于單個薄膜晶體管單元來說，除了基板和接觸電極以外，半導體和絕緣層是薄膜晶體管單元最重要的兩個組分。半導體材料在近些年來取得了很好的發展，可溶液法加工的有機半導體和金屬氧化物半導體材料在遷移率上已經遠遠超過了傳統非晶硅，然而相對來說具有同樣重要性的絕緣層材料卻沒有得到足夠的重視，并沒有出現足夠多的能夠應用于實際生產柔性薄膜晶體管的絕緣層材料。傳統絕緣層的材料如化學氣相沉積的氮化硅等通常需要至少300攝氏度的高溫而無法與一般柔性襯底兼容，而現階段的溶液法加工的絕緣層在工藝控制和絕緣強度上與傳統真空工藝加工的絕緣層還存在著不小的差距。因此，能夠利用現階段已有的真空工藝形成低溫沉積的絕緣層對于柔性薄膜晶體管的進一步發展有著十分重要的意義。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種柔性薄膜晶體管的絕緣層，其為一種碳氫聚合物，能夠在室溫下進行原子沉積，可應用于柔性基板。本發明同時提供采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來制備該柔性薄膜晶體管絕緣層的方法。為實現上述目的，本發明采用下列技術方案以解決其技術問題—種柔性薄膜晶體管的絕緣層，其為在基板上形成的碳氫聚合物的薄膜。所述的碳氫聚合物是指類金剛石的非晶碳氫聚合物。所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶體管底層的已經制備好柵極的柔性襯底或者已經制備好源電極、漏電極和半導體層的柔性襯底。一種用于所述柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統中于所述基板之上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，完成所述柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備。所述的PECVD系統是指，等離子體增強化學氣相沉積系統，其包括真空泵、射頻系統以及氣體控制系統。所述的制備方法包括如下步驟
I)在室溫條件下，通過真空泵將已放置了所述基板的射頻系統的腔體內抽真空；2)通過氣體控制系統向射頻系統的腔體內通入一定配比的氫氣和乙炔氣體，該配比由所制備的柔性薄膜晶體管的絕緣層的特性決定；3)氫氣和乙炔氣體在射頻系統作用下局部形成氫等離子體和乙炔等離子體，并在基板上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，即為柔性薄膜晶體管的絕緣層。本發明所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法，具有以下優點第一、室溫制備，與柔性襯底兼容。與傳統硅基絕緣層相比，本發明所述絕緣層是一種類金剛石的非晶碳氫聚合物，該碳氫聚合物由于所含元素碳和氫都有著很小的相對原子量(C: 12，H: I)，在加工工藝中不需要加熱就可以進行原子沉積，經過實驗證實，其可以在室溫下進行沉積，從而能夠很好的應用于柔性基板。第二、所述絕緣層具有很好的絕緣性能和電學強度。該絕緣層的碳氫聚合物有著很致密的晶格結構，能夠提供良好的絕緣性能以及擁有較高的電擊穿強度。 第三、可以利用現有工藝設備，節約成本。所述絕緣層的制備采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來加工，能夠充分利用現有的工藝設備。第四、使用無毒害原材料氣體，更加安全。所述制備方法采用氫氣和乙炔氣體作為原材料，因而具有無毒無害的優點。
圖I是本發明的示意圖。圖2是實施例中得到的本發明所述絕緣層的電學特性以及利用該絕緣層制備的溶液法底柵底接觸有機薄膜晶體管的性能。
具體實施例方式下面結合附圖進一步描述本發明的實施方案。本發明所述絕緣層是柔性薄膜晶體管的構成之一，請參閱圖1，圖示柔性薄膜晶體管的絕緣層13位于基板12之上，該基板12位于所述柔性薄膜晶體管的底層，其在底柵結構薄膜晶體管中是已經制備好柵極的柔性襯底，在頂柵結構薄膜晶體管中是已經制備好源電極、漏電極和半導體層的柔性襯底。本發明所述柔性薄膜晶體管的絕緣層13為在基板12上用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝形成的碳氫聚合物的薄膜，該碳氫聚合物是指類金剛石的非晶碳氫聚合物。用于所述柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法是，采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統11中，于所述基板12之上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，完成所述柔性薄膜晶體管的絕緣層13的制備。請參閱圖I，所述的PECVD系統11是指等離子體增強化學氣相沉積系統，用于控制整個工藝過程，其包括如真空泵、射頻(微波)系統、氣體控制系統等一些功能性模塊，可以根據工藝需要控制工藝參數來決定碳氫聚合物薄膜的生長。本發明所述的制備方法在所述PECVD系統11之內進行，包括如下步驟I)在室溫條件下，首先通過真空泵將已放置了所述基板12的射頻系統的腔體內抽真空；2)然后通過氣體控制系統向射頻系統的腔體內通入一定配比的氫氣和乙炔氣體，該配比由所制備的柔性薄膜晶體管的絕緣層13的特性決定；3)進入PECVD系統的氫氣和乙炔氣體在射頻系統的作用下，在局部形成氫等離子體14和乙炔等離子體15(見圖I)，該氫等離子體14和乙炔等離子體15的化學性質活潑，很容易發生反應，其在基板12上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，即為柔性薄膜晶體管的絕緣層13。由于碳和氫都有較低的相對原子量，不需要高溫，碳氫聚合物在所述基板12上的整個沉積過程都可以在室溫下進行，并且由所述PECVD系統11控制。采用本發明所述制備方法，我們制備了 IOOnm的這種碳氫聚合物絕緣層，并利用 這種絕緣層成功制備了溶液法有機薄膜晶體管。下面將對實驗結果進行概述。圖2為實驗所制備的絕緣層13的電學性能以及基于這種絕緣層13制備的有機薄膜晶體管器件的特性。圖2(a)示出了絕緣層13極高的擊穿強度(2. 6MV/cm);圖2 (b)示出了絕緣層13很低的漏電流，在20V(2MV/cm)偏壓下漏電流密度小于10_7A/cm2 ;圖2(c)和圖2(d)示出了利用這種絕緣層13制備的有機薄膜晶體管的很好的晶體管性能。本實驗性示例證明本發明所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法能夠很好的應用于柔性電子領域。
權利要求
1.一種柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述絕緣層為在基板上形成的碳氫聚合物的薄膜。
2.根據權利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述的碳氫聚合物是指類金剛石的非晶碳氫聚合物。
3.根據權利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶體管底層的已經制備好柵極的柔性襯底。
4.根據權利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層，其特征在于，所述的基板是指，位于所述柔性薄膜晶體管底層的已經制備好源電極、漏電極和半導體層的柔性襯底。
5.一種用于權利要求I所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其特征在于，采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統中于所述基板之上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，完成所述柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備。
6.根據權利要求5所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其特征在于，所述的PECVD系統是指，等離子體增強化學氣相沉積系統，其包括真空泵、射頻系統以及氣體控制系統。
7.根據權利要求6所述的柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備方法，其特征在于，所述的制 備方法包括如下步驟 1)在室溫條件下，通過真空泵將已放置了所述基板的射頻系統的腔體內抽真空； 2)通過氣體控制系統向射頻系統的腔體內通入一定配比的氫氣和乙炔氣體，該配比由所制備的柔性薄膜晶體管的絕緣層的特性決定； 3)氫氣和乙炔氣體在射頻系統作用下局部形成氫等離子體和乙炔等離子體，并在基板上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，即為柔性薄膜晶體管的絕緣層。
全文摘要
本發明公開了一種柔性薄膜晶體管的絕緣層及其制備方法，所述柔性薄膜晶體管的絕緣層為在基板上形成的碳氫聚合物的薄膜，該絕緣層的制備方法采用氫氣和乙炔氣體作為原料，在室溫和真空條件下的PECVD系統中于所述基板之上沉積形成碳氫聚合物的薄膜，完成柔性薄膜晶體管的絕緣層的制備。本發明所述絕緣層具有良好的絕緣性能以及較高的電擊穿強度，在室溫條件下的制備方法使其能夠很好地與柔性基板兼容，可以采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)工藝來加工，本發明能夠用于柔性薄膜晶體管的制備，進一步促進了柔性電子的發展。
文檔編號H01L51/30GK102891255SQ201210398578
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者馮林潤, 唐偉, 陳蘇杰, 徐小麗, 郭小軍 申請人:上海交通大學