CN105576039A - 图形化薄膜及薄膜晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种图形化薄膜的制备方法及薄膜晶体管。图形化薄膜的制备方法包括如下步骤，（a）在待成膜的初体上涂布疏水层；（b）使用掩膜板对疏水层进行等离子体刻蚀得到图形化疏水层；（c）将预先制备的薄膜前驱体溶液涂布于图形化疏水层表面，得到初始涂覆薄膜结构；（d）将初始涂覆薄膜结构中的疏水层去除，然后对涂覆的薄膜进行退火处理得到最终的图形化薄膜。本发明采用疏水层的特性进行图形化薄膜制备，制备工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底。本发明的薄膜晶体管，采用上述图形化薄膜构成其一个或者多个功能层，具有制备工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底的特点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种图形化薄膜的制备方法及薄膜晶体管的制备方法。
背景技术
薄膜晶体管（TFT，ThinFilmTransistor）主要应用于控制和驱动液晶显示器（LCD，LiquidCrystalDisplay）、有机发光二极管（OLED，OrganicLight-EmittingDiode）显示器的子像素，是平板显示领域中最重要的电子器件之一。
随着智能手机等电子设备的需求增加，显示领域技术也显得日益重要。柔性显示设备由于可弯曲特性而具有非常广阔的应用前景。因此，柔性显示设备的大面积制备将是未来其工业化生产的门槛之一。同时，基于溶液加工和涂覆技术的印刷电子器件因其具有低成本、低能耗、高处理量、兼容柔性衬底等优点也越来越得到重视。基于上述优点，卷对卷（roll-to-roll）印刷技术的印刷电子器件能够解决柔性显示器的大面积制备问题。而薄膜晶体管的图形化技术适用于薄膜晶体管的印刷制备，进而能够兼容柔性显示器件的卷对卷印刷制备，对柔性显示技术发展有重要意义。
现有技术中，薄膜晶体管的制备过程中通常是将成膜的薄膜通过光刻或者液体刻蚀等其它方式实现图形化，这种处理方式制备过程复杂，成本较高。因此，针对现有技术不足，提供一种图形化薄膜的制备方法及通过该方法制备的薄膜晶体管以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种图形化薄膜的制备方法，该制备方法具有制备简单、操作灵活的特点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现。
一种图形化薄膜的制备方法，包括如下步骤，
（a）在待成膜的初体上涂布疏水层；
（b）使用掩膜板对疏水层进行等离子体刻蚀得到图形化疏水层；
（c）将预先制备的薄膜前驱体溶液涂布于图形化疏水层表面，得到初始涂覆薄膜结构；
（d）将初始涂覆薄膜结构中的疏水层去除，然后对涂覆的薄膜进行退火处理得到最终的图形化薄膜。
上述疏水层为含氟聚合物疏水层。
上述疏水层是通过旋涂、棒涂或者提拉涂布方式得到的疏水性含氟聚合物薄膜。
上述步骤（b）中等离子体刻蚀采用氧气或者氩气的等离子体。
上述步骤（c）中薄膜前驱体溶液通过旋涂、棒涂或者提拉方式涂布于图形化疏水层表面。
上述步骤（d）中通过加热的方式将初始涂覆薄膜结构中的疏水层除去。
上述步骤（d）中去除初始涂覆薄膜结构中的疏水层所采用的加热温度为95～110℃。
进一步的，上述步骤（c）中预先制备的薄膜前驱体溶液具体为薄膜晶体管中的栅极、绝缘层、有源层或者源漏电极前驱体溶液，最终相应地制得作为薄膜晶体管栅极、绝缘层、有源层或者源漏电极的图形化薄膜。
本发明的另一目的在于提供一种薄膜晶体管，设置有栅极、有源层、绝缘层以及源极和漏极，绝缘层、有源层、栅极、源极和漏极中的至少一种是通过上述的图形化薄膜的制备方法制备得到的图形化薄膜。
进一步的，上述薄膜晶体管为底栅接触型、底栅顶接触型、顶栅底接触型或者顶栅顶接触型。
本发明的图形化薄膜的制备方法，包括如下步骤，（a）在待成膜的初体上涂布疏水层；（b）使用掩膜板对疏水层进行等离子体刻蚀得到图形化疏水层；（c）将预先制备的薄膜前驱体溶液涂布于图形化疏水层表面，得到初始涂覆薄膜结构；（d）将初始涂覆薄膜结构中的疏水层去除，然后对涂覆的薄膜进行退火处理得到最终的图形化薄膜。本发明采用疏水层的特性进行图形化薄膜制备，制备工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底。
本发明的薄膜晶体管，采用上述图形化薄膜构成其一个或者多个功能层，具有制备工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底的特点。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明实施例2制备出的薄膜晶体管的结构示意图；
图2是本发明实施例2制备薄膜图形化的实施例的流程图；
图3是本发明实施例2制备出的薄膜晶体管的输出特性曲线；
图4是本发明实施例2制备出的薄膜晶体管的转移特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例的范围。
实施例1。
一种图形化薄膜的制备方法，包括以下步骤。
（a）在待成膜的初体上涂布疏水层。具体的，疏水层为含氟聚合物疏水层，其可以是通过旋涂、棒涂或者提拉等涂布方式得到的疏水性含氟聚合物薄膜。
（b）使用掩膜板对疏水层进行等离子体刻蚀得到图形化疏水层，图形化疏水层露出的部分为需要的图形，露出的区域为亲水区域。其中，等离子体刻蚀可以采用氧气或者氩气等其它等离子体进行刻蚀。
（c）将预先制备的薄膜前驱体溶液通过旋涂、棒涂或者提拉等方式涂布于图形化疏水层表面，得到初始涂覆薄膜结构。由于被等离子体刻蚀的部分为亲水区域，而疏水层覆盖的部分为疏水区域，薄膜前驱体溶液将有选择性地只附着在刻蚀出的图形区域。
（d）将初始涂覆薄膜结构中的疏水层去除，然后对涂覆的薄膜进行退火处理得到最终的图形化薄膜。具体通过加热的方式将初始涂覆薄膜结构中的疏水层除去，加热温度为95～110℃。在热处理中，由于疏水层薄膜的玻璃化转变温度较低，约为108℃左右，在加热过程中将汽化或分解，最后只留下需要的图形化薄膜。
本发明的图形化薄膜的制备方法适合于制备薄膜晶体管的栅极、栅极绝缘层、有源层、源漏电极，只要对应调整步骤（c）中的前驱体溶液，就可以最终对应得到作为栅极、栅极绝缘层、源漏电极、有源层的图形化薄膜。
需要说明的是，本实施例步骤（a）中待成膜的初体是准确在其上制备相应图形化薄膜的结构统称，其对应具体待成膜的部分。如制备栅极时，初体为玻璃衬底或者其它衬底。当制备有源层时，初体可能为具有栅极、栅极绝缘层的衬底。对于不同的图形化薄膜目的，相应的初体根据具体需求灵活确定，在此不一一赘述。
本发明采用疏水层的特性进行图形化薄膜制备，制备工艺简单，操作方便，适合于柔性衬底，对薄膜晶体管的印刷制备具有重要意义。通过依次制备各层，可以获得需要结构的薄膜晶体管，本发明的方法适合制备底栅接触型、底栅顶接触型、顶栅底接触型或者顶栅顶接触型薄膜晶体管中的各层薄膜。
实施例2。
本实施例的薄膜晶体管为底栅底接触结构，如图1所示。其中绝缘层2是由玻璃衬底6上的栅极1氧化形成，有源层5、源级3和漏极4均使用本发明实施例1所述的图形化薄膜制备方法制备而成。其中，绝缘层2由AlOX层和Nd层叠设构成。栅极1由Al层和Nd层叠设构成。
该薄膜晶体管的制备过程如下：预先制备有源层和源漏电极的前驱体溶液。具体是，量取10mL乙二醇单甲醚，加入0.19g硝酸铟、0.15g硝酸锌，滴加60μL乙醇胺搅拌溶解，获得铟锌氧化物（IZO）的有源层前驱体溶液。量取10mL乙二醇单甲醚，加入0.17g硝酸铟，0.0113g氯化亚锡，滴加60μL乙醇胺搅拌溶解，获得铟锡氧化物（ITO）的源漏电极前驱体溶液。
然后，如图2所示：
（a）将CYTOP（一种含氟聚合物）溶液经匀胶技术涂覆在AlOX:Nd/Al:Nd衬底上形成湿膜，涂覆转速为2200rpm，涂覆时间为20s，将所涂覆的湿膜在100℃下加热30分钟，形成疏水层7；
（b）将步骤（a）制备的整体结构放置在源漏电极掩膜板8中，对疏水层进行氧气等离子体处理，刻蚀出所需的源漏电极图案；
（c）涂布ITO源漏电极前驱体溶液9；
（d）在100℃下进行加热处理，除去CYTOP疏水层，然后进行退火处理得到成品图形化氧化物薄膜10作为薄膜晶体管的源漏电极；
（e）再将含氟聚合物溶液经匀胶技术涂覆在步骤（ｄ）制备好ITO电极上形成湿膜，涂覆转速为2200rpm，涂覆时间为20s，然后将湿膜在100℃下加热30分钟，形成疏水层；
（f）将步骤（e）的结构整体放置在有源层掩膜板中，对疏水层进行氧气等离子体处理，刻蚀出所需的有源层图案;
（g）在步骤（f）的结构上涂布铟锌氧化物前驱体溶液11；
（h）对步骤（g）得到的结构进行加热处理，除去疏水层，再经过退火得到图形化氧化物薄膜12作为有源层。
最后得到完整的底栅底接触型氧化物薄膜晶体管。
图3、4分别示出了对本实施例的TFT测试获得的输出特性和转移特性曲线。从转移曲线可以看出，正扫曲线与回扫曲线之间差别不大，即转移特性曲线的迟滞较小，说明有源层与源漏电极的接触良好，进一步证明本发明图形化方法的可靠性。
本发明采用疏水层的特性进行图形化薄膜制备，通过依次制备各层，可以获得需要结构的薄膜晶体管，具有工艺简单、成本低廉的特点。
需要说明的是，本发明的方法适合制备底栅接触型、底栅顶接触型、顶栅底接触型或者顶栅顶接触型薄膜晶体管中的各层薄膜，在此不再一一赘述。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种图形化薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，（a）在待成膜的初体上涂布疏水层；（b）使用掩膜板对疏水层进行等离子体刻蚀得到图形化疏水层；（c）将预先制备的薄膜前驱体溶液涂布于图形化疏水层表面，得到初始涂覆薄膜结构（d）将初始涂覆薄膜结构中的疏水层去除，然后进行退火处理得到最终的图形化薄膜。
2.根据权利要求1所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述疏水层为含氟聚合物疏水层。
3.根据权利要求2所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述疏水层是通过旋涂、棒涂或者提拉涂布方式得到的疏水性含氟聚合物薄膜。
4.根据权利要求3所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）中等离子体刻蚀是采用氧气或者氩气的等离子体进行刻蚀的。
5.根据权利要求4所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（c）中薄膜前驱体溶液通过旋涂、棒涂或者提拉方式涂布于图形化疏水层表面。
6.根据权利要求5所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（d）中通过加热方式将初始涂覆薄膜结构中的疏水层除去。
7.根据权利要求6所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（d）中去除初始涂覆薄膜结构中的疏水层所采用的加热温度为95～110℃。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的图形化薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（c）中预先制备的薄膜前驱体溶液具体为薄膜晶体管中的栅极、绝缘层、有源层或者源漏电极前驱体溶液，最终相应地制得作为薄膜晶体管栅极、绝缘层、有源层或者源漏电极的图形化薄膜。
9.一种薄膜晶体管，设置有栅极、有源层、绝缘层以及源极和漏极，其特征在于：绝缘层、有源层、栅极、源极和漏极中的至少一种是通过权利要求1至8任意一项的图形化薄膜的制备方法制备得到的图形化薄膜。
10.根据权利要求9所述的薄膜晶体管，其特征在于：所述薄膜晶体管为底栅接触型、底栅顶接触型、顶栅底接触型或者顶栅顶接触型。
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