TWI388013B - 薄膜電晶體的製備方法 - Google Patents

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薄膜電晶體的製備方法

本發明涉及一種薄膜電晶體的製備方法，尤其涉及一種基於奈米碳管的薄膜電晶體的製備方法。

薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)係現代微電子技術中的一種關鍵性電子元件，目前已經被廣泛的應用於平板顯示器等領域。薄膜電晶體主要包括閘極、絕緣層、半導體層、源極和汲極。其中，源極和汲極間隔設置並與半導體層電連接，閘極通過絕緣層與半導體層及源極和汲極間隔絕緣設置。所述半導體層位於所述源極和汲極之間的區域形成一通道區域。薄膜電晶體中的閘極、源極、汲極均由導電材料構成，該導電材料一般為金屬或合金。當於閘極上施加一電壓時，與閘極通過絕緣層間隔設置的半導體層中的通道區域會積累載子，當載子積累到一定程度，與半導體層電連接的源極汲極之間將導通，從而有電流從源極流向汲極。於實際應用中，對薄膜電晶體的要求係希望得到較大的開關電流比。影響上述開關電流比的因素除薄膜電晶體的製備工藝外，薄膜電晶體半導體層中半導體材料的載子移動率為影響開關電流比的最重要的影響因素之一。

先前技術中，薄膜電晶體中形成半導體層的材料為非晶矽、多晶矽或有機半導體聚合物等(R.E.I.Schropp,B.Stannowski,J.K.Rath,New challenges in thin film transistor research, Journal of Non-Crystalline Solids,299-302,1304-1310(2002))。以非晶矽作為半導體層的非晶矽薄膜電晶體的製造技術較為成熟，但於非晶矽薄膜電晶體中，由於半導體層中通常含有大量的懸挂鍵，使得載子的移動率很低(一般小於1cm²V^-1s^-1)，從而導致薄膜電晶體的響應速度較慢。以多晶矽作為半導體層的薄膜電晶體相對於以非晶矽作為半導體層的薄膜電晶體，具有較高的載子移動率(一般約為10cm²V^-1s^-1)，故響應速度也較快。但多晶矽薄膜電晶體低溫製造成本較高，方法較複雜，大面積製造困難，且多晶矽薄膜電晶體的關態電流較大。相較於上述傳統的無機薄膜電晶體，採用有機半導體聚合物做半導體層的有機薄膜電晶體具有成本低、製造溫度低的優點，且有機薄膜電晶體具有較高的柔韌性。但由於有機半導體於常溫下多為跳躍式傳導，表現出較高的電阻率、較低的載子移動率，使得有機薄膜電晶體的響應速度較慢。

奈米碳管具有優異的力學及電學性能。並且，隨著奈米碳管螺旋方式的變化，奈米碳管可呈現出金屬性或半導體性。半導體性的奈米碳管具有較高的載子移動率(一般可達1000~1500cm²V^-1s^-1)，係製備晶體管的理想材料。先前技術採用半導體性奈米碳管形成奈米碳管層作為薄膜電晶體的半導體層。上述薄膜電晶體的製備方法主要包括以下步驟：將奈米碳管粉末分散於有機溶劑中；通過噴塗的方法將奈米碳管與有機溶劑的混合液噴塗在絕緣基板上，待有機溶劑揮發後，在絕緣基板的預定 位置上形成一奈米碳管層；通過沈積及蝕刻金屬薄膜的方法在奈米碳管層上形成源極及汲極；在奈米碳管層上沈積一層氮化矽形成一絕緣層；及在絕緣層上沈積一金屬薄膜形成閘極。然而，在上述方法中，奈米碳管需要通過有機溶劑進行分散，奈米碳管易團聚，在半導體層中無法均勻分布。且分散奈米碳管所用的有機溶劑易殘留在奈米碳管層中，影響薄膜電晶體的性能。並且，在上述奈米碳管層中，奈米碳管隨機分布。載子在上述無序奈米碳管層中的傳導路徑較長，故上述奈米碳管層中奈米碳管的排列方式不能使奈米碳管的高載子移動率得到有效利用，進而不利於獲得具有較高載子移動率的薄膜電晶體。另外，有機溶劑結合的奈米碳管層結構鬆散，柔韌性差，不利於製備柔性的薄膜電晶體。

有鑒於此，提供一種方法簡單、適於低成本大量生產的薄膜電晶體的製備方法實為必要，且所製備的薄膜電晶體具有較高的載子移動率，較高的響應速度，及較好的柔韌性。

一種薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟：提供一絕緣基底；在所述絕緣基底表面生長一帶狀奈米碳管陣列，處理所述帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒，從而在該絕緣基底表面形成一包括多個奈米碳管的半導體層；間隔形成一源極及一汲極於所述半導體層表面，並使該源極及汲極與上述半導體層中的部分奈米碳管的兩端電 連接；形成一絕緣層於所述形成有源極和汲極的半導體層表面；及形成一閘極於所述絕緣層表面，得到一薄膜電晶體。

一種薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟：提供一生長基底；在所述生長基底表面生長一帶狀奈米碳管陣列，處理所述帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒，從而在該生長基底表面形成一包括多個奈米碳管的奈米碳管層；提供一絕緣基底；形成一閘極於所述絕緣基底表面；形成一絕緣層覆蓋所述閘極；轉印該奈米碳管層至所述絕緣層表面，形成一半導體層；及間隔形成一源極及一汲極，並使該源極及汲極與上述半導體層中的部分奈米碳管的兩端電連接，形成一薄膜電晶體。

一種薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟：提供一絕緣基底；在所述絕緣基底表面均勻生長多個帶狀奈米碳管陣列，處理所述多個帶狀奈米碳管陣列，使每一帶狀奈米碳管陣列均沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒，從而在該絕緣基底表面形成多個半導體層，每一半導體層包括多個奈米碳管；間隔形成多個源極及多個汲極，並使上述每一半導體層中的部分奈米碳管的兩端均與一源極及一汲極電連接；形成一絕緣層於每一半導體層表面；形成一閘極於每一絕緣層表面，得到多個薄膜電晶體。

相較於先前技術，本技術方案實施例提供的薄膜電晶體的製備方法具有以下優點：其一，由於所述半導體層可 直接形成在所述絕緣基底上，或通過對形成在所述生長基底上的奈米碳管陣列進行倒扣處理而製備，該方法較為簡單。其二，所製備的奈米碳管層中的奈米碳管之間沿一定方向平行排列，故將該奈米碳管層作為半導體層時，可以通過控制奈米碳管層的設置方向來控制源極至汲極間奈米碳管的排列方向，從而使薄膜電晶體獲得較大的載子移動率，進而有利於提高薄膜電晶體的響應速度。

以下將結合附圖詳細說明本技術方案實施例提供的薄膜電晶體的製備方法。

請參閱圖1及圖2，本技術方案第一實施例提供一種頂閘型薄膜電晶體10的製備方法，具體包括以下步驟：

步驟一：提供一絕緣基底110。

所述絕緣基底110為一耐高溫基板，其材料不限，只要確保其熔點高於所述奈米碳管的生長溫度即可。所述絕緣基底110的形狀不限，可為方形、圓形等任何形狀。所述絕緣基底110的大小尺寸不限，具體可根據實際情况而定。另外，所述絕緣基底110也可選用大規模集成電路中的基板。

本技術方案實施例中，所述絕緣基底110為一方形矽基底，該矽基底的長度和寬度均為3厘米。

步驟二：形成一奈米碳管層於所述絕緣基底110表面，所述奈米碳管層包括多個奈米碳管，進而形成一半導體層 140。

所述奈米碳管層可通過以下兩種方法形成：其一，在所述絕緣基底110上形成一奈米碳管陣列，及處理所述奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層。其二，直接在所述絕緣基底110表面形成一奈米碳管層。

所述在絕緣基底110上形成一奈米碳管陣列，及處理所述奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層的步驟包括以下步驟：在所述絕緣基底110表面形成一帶狀催化劑薄膜，該帶狀催化劑薄膜的寬度為1微米~20微米；採用化學氣相沈積法生長一帶狀奈米碳管陣列；及處理所述帶狀奈米碳管陣列，使所述帶狀奈米碳管陣列沿垂直於其長度的方向傾倒，在絕緣基底110表面形成一奈米碳管層。

所述帶狀催化劑薄膜用於生長奈米碳管。該帶狀催化劑薄膜的材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一。本實施例中，所述帶狀催化劑薄膜的材料為鐵。

所述帶狀催化劑薄膜可通過熱沈積法、電子束沈積法或濺射法形成於所述絕緣基底110表面。所述帶狀催化劑薄膜的寬度為1微米~20微米。所述帶狀催化劑薄膜的厚度為0.1奈米~10奈米。

所述採用化學氣相沈積法生長帶狀奈米碳管陣列的方法具體包括以下步驟：將上述形成有所述帶狀催化劑薄膜的絕緣基底110放入一反應室中； 通入保護氣體，將反應室內的空氣排出；在保護氣體環境下將反應室加熱至600℃~900℃，並保持恆溫；通入流量比為1：30~1：3的碳源氣及載氣，反應5~30分鐘，生長奈米碳管；及停止通入碳源氣，奈米碳管停止生長，同時停止加熱，並降溫，待降至室溫後，將形成有帶狀奈米碳管陣列的絕緣基底110從反應室中取出。

所述保護氣體為氮氣或惰性氣體。所述碳源氣可選用乙醇、乙炔、乙烯等化學性質較活潑的碳氫化合物。所述載氣為氫氣。通入碳源氣的流量為20~200sccm，載氣的流量為50~600sccm。在所述停止通入碳源氣後，要繼續通入保護氣體，直到反應室溫度降為室溫，以防止生長的奈米碳管被氧化。

本實施例中，所述保護氣體為氬氣，碳源氣為乙炔，反應溫度為800℃，奈米碳管的生長時間為60分鐘。

另外，可通過調節碳源氣和載氣的流量比，來控制生長出的奈米碳管的性質，如管徑、透明度、電阻等。本技術方案實施例中，當所述碳源氣和載氣的流量比為1：100至10：100時，可生長出單壁奈米碳管。當繼續增大碳源氣的流量比時，可生長出雙壁奈米碳管。故所形成的帶狀奈米碳管陣列中的奈米碳管可為單壁奈米碳管或雙壁奈米碳管。該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米。優選地，所 述奈米碳管的直徑小於10奈米。

在一定條件下，所述帶狀奈米碳管陣列的生長高度隨生長時間的延長而增大。所述帶狀奈米碳管陣列的生長高度可達1毫米~10毫米。本技術方案實施例中，通入碳源氣及載氣後反應60分鐘，所生長出的帶狀奈米碳管陣列的高度為1毫米~2毫米。

所述帶狀奈米碳管陣列為由多個長度較長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條件，如生長溫度，碳源氣和載氣的流量比等，該帶狀奈米碳管陣列中的奈米碳管基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。

所述處理帶狀奈米碳管陣列，形成奈米碳管層的步驟可通過以下三種方式實現：其一，採用有機溶劑處理法處理所述帶狀奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層。其二，使用機械外力處理法處理所述帶狀奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層。其三，使用氣流處理法處理所述帶狀奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層。

所述採用有機溶劑處理法處理所述奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層的方法具體包括以下步驟：提供一盛有有機溶劑的容器；將形成有帶狀奈米碳管陣列的絕緣基底110浸入盛有有機溶劑的容器中；及將所述絕緣基底110沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向從有機溶劑中取出，所述奈米碳管陣列在有機溶劑表面張力的作用下傾倒，黏附在所述絕緣基底110表面；使有機溶劑揮發 ，形成一奈米碳管層。所述有機溶劑可選用揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。所形成的奈米碳管層在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，可貼附在所述基底表面，且表面體積比减小，黏性降低，具有良好的機械强度及韌性。

所述使用機械外力處理法處理所述帶狀奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層的方法具體包括以下步驟：提供一壓頭；及將該壓頭沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向碾壓所述帶狀奈米碳管陣列，奈米碳管沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向傾倒，形成一奈米碳管層。所述壓頭為滾軸狀壓頭。所述機械外力的施加裝置不限於上述壓頭，也可為一具有一定平整表面的其它裝置，只要能使所述帶狀奈米碳管陣列中的奈米碳管沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向傾倒即可。在壓力的作用下，所述帶狀奈米碳管陣列可與生長的基底分離，從而形成由多個奈米碳管組成的具有自支撑結構的奈米碳管層。

所述使用氣流處理法處理所述帶狀奈米碳管陣列，形成一奈米碳管層的方法具體包括以下步驟：提供一風機，該風機可產生一氣流；及將該風機沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向施加一氣流於所述帶狀奈米碳管陣列，奈米碳管沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向傾倒，形成一奈米碳管層。所述氣流的施加裝置不限於上述風機，可為任何可產生氣流的裝置。

本實施例中，所述奈米碳管層的密度與上述帶狀催化劑 薄膜的寬度有關。所述帶狀催化劑薄膜的寬度越大，所製備的奈米碳管層的密度則越大；反之，所述帶狀催化劑薄膜的寬度越小，所製備的奈米碳管層的密度則越小。可以理解，通過控制帶狀催化劑薄膜的寬度，即可控制所製備的奈米碳管層的密度。

可以理解，由於上述奈米碳管的生長溫度較高，故上述絕緣基底110的材料必須選用耐高溫的硬性材料，從而限制了基底材料的選擇。為使該薄膜電晶體10能够採用更廣泛的基底材料，尤其為一柔性基底材料，從而形成一柔性薄膜電晶體10，在生長奈米碳管層後可以進一步通過一轉印步驟，將該奈米碳管層轉印在其它基底上。具體地，該轉印步驟包括以下步驟：首先，提供一轉印基底；其次，將該形成有奈米碳管層的絕緣基底110倒扣在該轉印基底上，使奈米碳管層表面與轉印基底表面接觸，從而形成一從上到下依次包括絕緣基底110、奈米碳管層及轉印基底的三層結構；再次，熱壓該三層結構；最後，移去絕緣基底110，從而使上述奈米碳管層黏附於所述轉印基底表面。

該轉印基底的材料為一柔性材料，如塑料或樹脂材料等。本實施例中，該轉印基底為一PET薄膜。熱壓的溫度及時間取决於所述轉印基底的材料種類。當該轉印基底的材料為一塑料或樹脂時，熱壓溫度為50~200℃，熱壓時間為5~30分鐘。通過熱壓步驟，奈米碳管與轉印基底表面的結合更為緊密，從而能够容易地與絕緣基底110分離。

請參見圖3，所製備的奈米碳管層包括多個擇優取向排列的奈米碳管。所述奈米碳管層中的多個奈米碳管具有大致相等的長度。優選地，所述奈米碳管層中的多個奈米碳管相互平行。

所述直接在絕緣基底110表面形成一奈米碳管層的步驟具體包括以下步驟：提供一生長基底，該生長基底表面形成有一單分散性催化劑層；將所述生長基底和絕緣基底110放入一反應室中，且使所述生長基底和絕緣基底110間隔設置，在保護氣體環境下加熱到奈米碳管的生長溫度，通入碳源氣，沿著氣流的方向生長奈米碳管，在所述絕緣基底110表面形成一奈米碳管薄膜，進而形成一奈米碳管層。

所述催化劑的材料可為鐵、鈷、鎳或其任意組合的合金材料，或金屬鹽的單分散性溶液或者金屬的單分散性溶液。當選用鐵、鈷、鎳或其任意組合的合金材料製備單分散性催化劑層時，可採用沈積方法將催化劑材料沈積到生長基底表面；當選用金屬鹽的單分散性溶液或者金屬的單分散性溶液製備單分散性催化劑層，可將金屬鹽或者金屬的單分散性溶液塗敷於生長基底上，烘乾後即形成所述催化劑層。

所述生長基底為一耐高溫基板，其材料不限，只要確保其熔點高於所述奈米碳管的生長溫度即可。所述基底形狀不限，可為方形、圓形等任何形狀。本技術方案實施例所述生長基底採用與所述絕緣基底110同樣材料，同樣尺寸的基底。

所述奈米碳管的生長溫度為800℃~1000℃。當通入碳源氣後，在生長基底表面催化劑顆粒的作用下開始生長奈米碳管。奈米碳管一端固定於生長基底上，另一端不斷生長。由於催化劑層包括多個單分散性催化劑顆粒，所以生長的奈米碳管不會很密，從而使得部分奈米碳管可以長成為長度較長的奈米碳管。將所述碳源氣從靠近生長基底處通入，所以隨著碳源氣的不斷通入，生長的奈米碳管隨著碳源氣漂浮於絕緣基底110上空。該生長機理稱作“放風箏機理”。奈米碳管的生長時間與所要製備的奈米碳管的長度有關。本實施例中，生長時間為30分鐘時，所生長出的奈米碳管的長度可達8厘米。當停止通入碳源氣，奈米碳管停止生長，平行且間隔的形成於絕緣基底110上，形成一奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜中相鄰兩個奈米碳管之間的距離大於20微米。

進一步地，為了提高所生長出的奈米碳管薄膜中奈米碳管的密度，可通過更換新的生長基底或將原生長基底取出清洗後沈積新的催化劑薄膜的方式來實現奈米碳管的多次生長，形成多個奈米碳管薄膜，進而提高所生長出的奈米碳管薄膜的密度，所述多個奈米碳管薄膜形成一奈米碳管層。另外，在上述奈米碳管的多次生長中，也可將所述絕緣基底110旋轉一定角度，從而使相鄰兩層奈米碳管薄膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，α大於等於0度且小於等於90度。所述奈米碳管層包括多個奈米碳管，且奈米碳管之間通過凡德瓦爾力緊密結合形成一自支撑結構。

另外，當所製備的奈米碳管層的面積較大時，或當需要製備多個薄膜電晶體10時，可將所形成的奈米碳管層蝕刻成多個具有所需形狀和尺寸的奈米碳管層，該奈米碳管層用作半導體層140。所述蝕刻方法不限，可為先前技術中任何蝕刻方法。

步驟三：間隔形成一源極151及一汲極152，並使該源極151及汲極152與上述半導體層140中的部分奈米碳管的兩端電連接。

該源極151及汲極152的材料應具有較好的導電性。具體地，該源極151及汲極152的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(ITO)、銻錫氧化物(ATO)、導電銀膠、導電聚合物及奈米碳管薄膜等導電材料。根據形成源極151及汲極152的材料種類的不同，可以採用不同方法形成該源極151及汲極152。具體地，當該源極151及汲極152的材料為金屬、合金、ITO或ATO時，可以通過濺鍍、濺射、沈積、光罩及蝕刻等方法形成所述源極151及汲極152。當該源極151及汲極152的材料為導電銀膠、導電聚合物或奈米碳管薄膜時，可以通過直接黏附或印刷塗敷的方法，將該導電銀膠或奈米碳管薄膜塗敷或黏附於絕緣基底110或半導體層140表面，形成源極151及汲極152。一般地，該源極151及汲極152的厚度為0.5奈米~100微米，源極151至汲極152之間的距離為1~100微米。

本實施例中，該源極151及汲極152的材料為金屬。上述步驟三具體可通過下述兩種方式進行。第一種方式具體包括以下步驟：首先，在上述半導體層140表面均勻塗敷 覆一層光阻；其次，通過曝光及顯影等微影方法在光阻上形成源極151及汲極152區域，在該源極151及汲極152區域露出該半導體層140；再次，通過真空濺鍍、磁控濺射或電子束蒸發沈積等沈積方法在上述光阻、源極151及汲極152區域表面沈積一金屬層，優選為鈀、鈦或鎳金屬層；最後，通過丙酮等有機溶劑去除光阻及其上的金屬層，即得到形成在所述半導體層140上的源極151及汲極152。第二種方式具體包括以下步驟：首先，在半導體層140表面沈積一金屬層；其次，在該金屬層表面塗敷一層光阻；再次，通過曝光及顯影等微影方法去除源極151區域及汲極152區域外的光阻；最後，通過電漿蝕刻等方法去除源極151區域及汲極152區域外的金屬層，並以丙酮等有機溶劑去除源極151區域及汲極152區域上的光阻，即得到形成在半導體層140上的源極151及汲極152。本實施例中，該源極151及汲極152的厚度為1微米，源極151至汲極152之間的距離為50微米。

可以理解，為了得到具有更好的半導體性的半導體層140，在形成源極151及汲極152之後，可以進一步包括一去除半導體層140中的導體性奈米碳管的步驟。具體包括以下步驟：首先，提供一外部電源，其次，將外部電源的正負兩極連接至源極151及汲極152；最後，通過外部電源在源極151及汲極152兩端施加一較大電壓，使導體性的奈米碳管發熱並燒蝕，獲得一半導體性的半導體層140。該電壓在1~1000伏範圍內。

另外，上述去除半導體層140中導體性奈米碳管的方法也 可以使用氫電漿、微波、太赫茲(THz)、紅外線(IR)、紫外線(UV)或可見光(Vis)照射該半導體層140，使導體性奈米碳管發熱並燒蝕，獲得一半導體性的半導體層140。

步驟四：在上述半導體層140上形成一絕緣層130。

該絕緣層130的材料可以為氮化矽、氧化矽等硬性材料或苯並環丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等柔性材料。根據絕緣層130的材料種類的不同，可以採用不同方法形成該絕緣層130。具體地，當該絕緣層130的材料為氮化矽或氧化矽時，可以通過沈積的方法形成絕緣層130。當該絕緣層130的材料為苯並環丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂時，可以通過印刷塗敷的方法形成絕緣層130。一般地，該絕緣層130的厚度為0.5奈米~100微米。

本實施方式中採用電漿化學氣相沈積等沈積方法形成一氮化矽絕緣層130覆蓋於半導體層140及形成在半導體層140上的源極151及汲極152表面。所述絕緣層130的厚度約為1微米。

可以理解，根據薄膜電晶體10的不同應用，可以採用與形成源極151及汲極152相似的微影或蝕刻的方法將所述源極151及汲極152的一部分暴露在絕緣層130外。

步驟五：形成一閘極120於所述絕緣層130表面，得到一薄膜電晶體10。

該閘極120的材料應具有較好的導電性。具體地，該閘極120的材料可以為金屬、合金、ITO、ATO、導電銀膠、 導電聚合物及奈米碳管薄膜等導電材料。該金屬或合金材料可以為鋁、銅、鎢、鉬、金或其合金。具體地，當該閘極120的材料為金屬、合金、ITO或ATO時，可以通過濺鍍、濺射、沈積、光罩及蝕刻等方法形成閘極120。當該閘極120的材料為導電銀膠、導電聚合物或奈米碳管薄膜時，可以通過直接黏附或印刷塗敷的方法形成閘極120。一般地，該閘極120的厚度為0.5奈米~100微米。

本技術方案實施例中通過與形成源極151及汲極152相似的方法在絕緣層130表面且與半導體層140相對的位置形成一導電薄膜作為閘極120。該閘極120通過絕緣層130與半導體層140電絕緣。本技術方案實施例中，所述閘極120的材料為鈀，閘極120的厚度約為1微米。

請參閱圖4及圖5，本技術方案第二實施例提供一種底閘型薄膜電晶體20的製備方法，其與第一實施例中薄膜電晶體10的製備方法基本相同。主要區別在於，本實施例中形成的薄膜電晶體20為一底閘型結構。本技術方案第二實施例薄膜電晶體20的製備方法包括以下步驟：

步驟一：提供一生長基底。

步驟二：形成一奈米碳管層於所述生長基底表面，所述奈米碳管層包括多個奈米碳管。

步驟三：提供一絕緣基底210。

步驟四：形成一閘極220於所述絕緣基底210表面。

步驟五：形成一絕緣層230覆蓋所述閘極220。

步驟六：轉印該奈米碳管層至所述絕緣層230表面，形成一半導體層240。

該轉印步驟具體包括以下步驟：首先，將該形成有奈米碳管層的生長基底倒扣在絕緣基底210上使奈米碳管層表面與絕緣層230表面接觸，從而形成一從上到下依次包括生長基底、奈米碳管層及絕緣基底210的三層結構；再次，熱壓該三層結構；最後，移去生長基底，從而使上述奈米碳管層黏附於所述絕緣層230表面，形成一半導體層240。

當將該形成有奈米碳管層的生長基底倒扣在絕緣基底210上時，應確保該奈米碳管層表面與絕緣層230表面相貼合，從而使奈米碳管層黏附在絕緣層230上。

步驟七：間隔形成一源極251及一汲極252，並使該源極251及汲極252與上述半導體層240中的部分奈米碳管的兩端電連接。

所述源極251、汲極252、閘極220及絕緣層230均可採用與第一實施例相同的方法形成。

請參閱圖6，本技術方案第三實施例提供一種薄膜電晶體的製備方法，其與第一實施例薄膜電晶體10的製備方法基本相同。主要區別在於，本實施例在同一絕緣基底上形成多個薄膜電晶體，從而形成一薄膜電晶體陣列。本實施例薄膜電晶體的製備方法具體包括以下步驟：

步驟一：提供一絕緣基底。

步驟二：在絕緣基底表面均勻形成多個奈米碳管層，所述奈米碳管層包括多個奈米碳管，進而形成多個半導體層。

上述步驟二可通過兩種方式進行。第一種方式具體包括以下步驟：在絕緣基底表面形成一大面積的奈米碳管層；及採用光罩及蝕刻等方法圖案化該奈米碳管層，從而在需要形成薄膜電晶體的不同位置形成多個奈米碳管層。第二種方式具體包括以下步驟：在預形成薄膜電晶體的位置形成多個帶狀催化劑薄膜；採用化學氣相沈積法生長多個帶狀奈米碳管陣列；及對多個帶狀奈米碳管陣列進行處理，形成多個奈米碳管層。

所述多個帶狀催化劑薄膜可通過熱沈積法、電子束沈積法或濺射法多次沈積而形成，也可通過微影法或光罩模法來實現。所述帶狀催化劑薄膜之間的間距優選為10微米~15毫米。所述帶狀催化劑薄膜的寬度為1微米~20微米。所述帶狀催化劑薄膜的厚度為0.1奈米~10奈米。

步驟四：間隔形成多個源極及多個汲極，並使上述每一半導體層中的部分奈米碳管的兩端均與一源極及一汲極電連接。

與本技術方案第一實施例中的源極151及汲極152的形成方法相似，可以先在形成有多個半導體層的整個絕緣基底表面沈積一金屬薄膜，再通過蝕刻等方法圖案化該金屬薄膜，從而在預定位置上一次形成多個源極及多個汲極。上述源極及汲極的材料也可為ITO、ATO、導電聚合 物、導電銀膠或奈米碳管。

步驟五：形成一絕緣層於每一半導體層表面。

上述絕緣層的形成方法與本技術方案第一實施例中的薄膜電晶體10中的絕緣層130的製備方法相似，可以先在整個絕緣基底的表面沈積一氮化矽薄膜，再通過蝕刻等方法圖案化該氮化矽薄膜，從而在預定位置上一次形成多個絕緣層。上述絕緣層的材料也可為氧化矽等硬性材料或苯並環丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸樹脂等柔性材料。

步驟六：形成一閘極於每一絕緣層表面，得到多個薄膜電晶體。

可以理解，通過與第二實施例相似的方法，也可以形成多個薄膜電晶體，進而形成一薄膜電晶體陣列，其具體包括以下步驟：

步驟一：提供一生長基底。

步驟二：形成一奈米碳管層於所述生長基底表面，所述奈米碳管層包括多個奈米碳管。

步驟三：提供一絕緣基底。

步驟四：形成多個閘極於所述絕緣基底表面。

步驟五：形成至少一絕緣層覆蓋所述多個閘極。

步驟六：鋪設上述至少一奈米碳管層於所述絕緣層表面，圖案化該奈米碳管層，形成多個半導體層，該多個半導體層與上述多個閘極通過絕緣層相對並絕緣設置。

步驟七：間隔形成多個源極及多個汲極，並使該源極及汲極與上述半導體層中的部分奈米碳管的兩端電連接，形成多個薄膜電晶體。

本技術方案實施例薄膜電晶體的製備方法具有以下優點：其一，由於所述半導體層可直接形成在所述絕緣基底上，或通過對形成在所述生長基底上的奈米碳管陣列進行轉印處理而製備，這種半導體層的形成方法比先前技術中的噴塗法形成薄膜電晶體半導體層的方法簡單，無需經過在有機溶劑中分散奈米碳管的步驟。其二，由於所製備的奈米碳管層中的奈米碳管沿一定方向平行排列，故將該奈米碳管層作為半導體層時，可以通過控制奈米碳管層的設置方向來控制源極至汲極間奈米碳管的排列方向，從而使薄膜電晶體獲得較大的載子移動率。其三，由於奈米碳管具有優異的力學性能，則由多個擇優取向排列或具有一定交叉角度的奈米碳管組成的半導體層具有較好的韌性及機械强度，從而有利於製備柔性薄膜電晶體。其四，可通過對所製備的大面積奈米碳管層進行蝕刻或製備多個奈米碳管層來製備多個薄膜電晶體，進而可實現薄膜電晶體的批量生產，且該方法製備的薄膜電晶體的成本較低。其五，由於本實施例所提供的奈米碳管層可以採用一轉印步驟將奈米碳管層轉印到其它基底上，該基底的材料可以選擇不耐高溫的柔性材料，有利於製備柔性薄膜電晶體。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例 ，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10,20‧‧‧薄膜電晶體

110,210‧‧‧絕緣基底

120,220‧‧‧閘極

130,230‧‧‧絕緣層

140,240‧‧‧半導體層

151,251‧‧‧源極

152,252‧‧‧汲極

圖1係本技術方案第一實施例薄膜電晶體的製備方法流程圖。

圖2係本技術方案第一實施例薄膜電晶體的製備工藝流程圖。

圖3係本技術方案第一實施例奈米碳管層的掃描電鏡照片。

圖4係本技術方案第二實施例薄膜電晶體的製備方法流程圖。

圖5係本技術方案第二實施例薄膜電晶體的製備工藝流程圖。

圖6係本技術方案第三實施例薄膜電晶體的製備方法流程圖。

Claims (13)

1. 一種薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟：提供一絕緣基底；在所述絕緣基底表面生長一帶狀奈米碳管陣列，處理所述帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒，從而在該絕緣基底表面形成一包括多個奈米碳管的半導體層；間隔形成一源極及一汲極於所述半導體層表面，並使該源極及汲極與上述半導體層中的部分奈米碳管的兩端電連接；形成一絕緣層於所述形成有源極和汲極的半導體層表面；及形成一閘極於所述絕緣層表面，得到一薄膜電晶體。
2. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述在絕緣基底表面生長一帶狀奈米碳管陣列的方法具體包括以下步驟：在所述絕緣基底表面形成一帶狀催化劑薄膜，該帶狀催化劑薄膜的寬度為1微米~20微米，以及採用化學氣相沈積法生長一帶狀奈米碳管陣列。
3. 如申請專利範圍第2項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述採用化學氣相沈積法生長帶狀奈米碳管陣列的方法具體包括以下步驟：將上述形成有帶狀催化劑薄膜的基底放入一反應室中；通入保護氣體，將反應室內的空氣排出；在保護氣體環境下將反應室加熱至600℃~900℃，並保持 恆溫；通入流量比為1：30~1：3的碳源氣及載氣，反應5~30分鐘，生長奈米碳管；及停止通入碳源氣，奈米碳管停止生長，同時停止加熱，並降溫，待降至室溫後，將形成有帶狀奈米碳管陣列的基底從反應室中取出。
4. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體的製備方法，所述處理帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒的方法為有機溶劑處理法，其具體包括以下步驟：提供一盛有有機溶劑的容器；將形成有帶狀奈米碳管陣列的絕緣基底浸入盛有有機溶劑的容器中；將所述基底沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向從有機溶劑中取出，所述奈米碳管陣列在有機溶劑表面張力的作用下傾倒，黏附在所述絕緣基底表面；及使有機溶劑揮發。
5. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述處理帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒的方法為機械外力處理法，其具體包括以下步驟：提供一壓頭；及將該壓頭沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向碾壓所述奈米碳管陣列，奈米碳管沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向傾倒。
6. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體的製備方法，其 中，所述處理帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒的方法為氣流處理法，其具體包括以下步驟：提供一風機，該風機可產生一氣流；及將該風機沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向施加一氣流於所述帶狀奈米碳管陣列，奈米碳管沿垂直於所述帶狀奈米碳管陣列的長度方向傾倒。
7. 如申請專利範圍第1項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，在形成所述源極及汲極後，進一步包括一去除半導體層中的導體性奈米碳管的步驟。
8. 如申請專利範圍第7項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述去除半導體層中的導體性奈米碳管的方法包括以下步驟：提供一外部電源；將外部電源的正負兩極連接至源極及汲極；及通過外部電源在源極及汲極兩端施加1~1000伏電壓，使導體性的奈米碳管發熱並燒蝕，獲得一半導體性的半導體層。
9. 如申請專利範圍第7項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述去除半導體層中的導體性奈米碳管的步驟為通過氫電漿、微波、太赫茲、紅外線、紫外線或可見光照射該半導體層，使導電性奈米碳管燒蝕。
10. 一種薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟：提供一生長基底；在所述生長基底表面生長一帶狀奈米碳管陣列，處理所述帶狀奈米碳管陣列，使該帶狀奈米碳管陣列沿垂直於該帶 狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒，從而在該生長基底表面形成一包括多個奈米碳管的奈米碳管層；提供一絕緣基底；形成一閘極於所述絕緣基底表面；形成一絕緣層覆蓋所述閘極；轉印該奈米碳管層至所述絕緣層表面，形成一半導體層；及間隔形成一源極及一汲極，並使該源極及汲極與上述半導體層中的部分奈米碳管的兩端電連接，形成一薄膜電晶體。
11. 如申請專利範圍第10項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述轉印該奈米碳管層至所述絕緣層表面，形成一半導體層的方法具體包括以下步驟：將形成有奈米碳管層的生長基底倒扣在絕緣基底上，形成一從上到下依次包括生長基底、奈米碳管層及絕緣基底的三層結構；熱壓該三層結構；及移去生長基底，從而使上述奈米碳管層黏附於絕緣基底表面。
12. 一種薄膜電晶體的製備方法，包括以下步驟：提供一絕緣基底；在所述絕緣基底表面均勻生長多個帶狀奈米碳管陣列，處理所述多個帶狀奈米碳管陣列，使每一帶狀奈米碳管陣列均沿垂直於該帶狀奈米碳管陣列長度的方向傾倒，從而在該絕緣基底表面形成多個半導體層，每一半導體層包括多個奈米碳管； 間隔形成多個源極及多個汲極，並使上述每一半導體層中的部分奈米碳管的兩端均與一源極及一汲極電連接；形成一絕緣層於每一半導體層表面；及形成一閘極於每一絕緣層表面，得到多個薄膜電晶體。
13. 如申請專利範圍第12項所述的薄膜電晶體的製備方法，其中，所述在絕緣基底表面均勻生長多個帶狀奈米碳管陣列的方法包括以下步驟：在預形成薄膜電晶體的位置形成多個帶狀催化劑薄膜；採用化學氣相沈積法生長多個帶狀奈米碳管陣列。