本发明属于半导体器件材料制备技术领域，具体涉及一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法。
背景技术：
并五苯材料具有稳定性强，迁移率高等优点，而受到广泛的研究，并五苯单晶的迁移率已经达到35cm2/vs，然而多晶薄膜迁移率相对较低，在实际应用中大面积薄膜制备是以多晶为主，其中存在大量的晶界缺陷，是多晶并五苯薄膜迁移率低下的一个主要原因。因此诱导并五苯分子定向排列技术是有机场效应晶体管制造的关键技术之一。
目前并五苯薄膜的制备主要采用真空热沉积法，影响多晶薄膜迁移率的因素有很多，诸如温度，生长速率，基板表面能等，经过一系列探索研究，并五苯迁移率有一定的改善。但要进一步并五苯薄膜的迁移率，则需要寻求方法减少晶界，让多晶薄膜更趋向于单晶。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，解决了并五苯多晶薄膜，迁移率低下问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、取硅片，对硅片清洗处理后，通过光刻胶对硅片进行匀胶；
步骤2、将匀胶后的硅片进行通过掩膜版进行曝光，再通过显影液进行显影，随后进行清洗，坚膜，干燥得到显影样片；
步骤3、配置刻蚀液，将显影样片放置于刻蚀液中，摇晃显影样片，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干，得到刻蚀样片；
步骤4、将刻蚀样片置于装有az去胶液的试管中，清洗，并烘干，得到硅衬底；
步骤5、将hmds溶液均匀铺到硅衬底上，并通过真空沉积设备蒸镀并五苯有源层；
步骤6、对步骤5得到的蒸镀有并五苯有源层的硅衬底制备源漏电极和栅电极，得到有机场效应晶体管。
本发明的特点还在于：
步骤1具体过程为：
步骤1.1、将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗10-15min；然后用100℃的无水乙醇进行热提拉，热提拉时硅片与液面夹角成45°；
步骤1.2、通过yq201500131匀胶机对步骤1.1得到的硅片进行匀胶，匀胶转速4000-5000rpm，时间为30s；
步骤1.3、硅片匀胶完成之后的硅片，放在加热板上进行前烘，前烘温度为90-100℃，时间为2-3min。
光刻胶为az5214。
步骤2具体过程为：
步骤2.1、用带有凹槽宽度2μm-8μm图案的掩模板对匀胶后的硅片进行曝光，曝光时间为4-7s；
步骤2.2、使用az-300mif显影液进行显影，显影时间为60-90s，并用去离子水清洗；
步骤2.3、将步骤2.2得到的硅片放置与烤箱中，调整温度为90-100℃，时间为5-7min，随后取出置于真空干燥箱中，冷却，干燥，得到显影样片。
步骤3刻蚀液成分配比为：nh4f：hf：h2o＝9g：5ml：45ml。
步骤4具体过程为：刻蚀样片置于装有az去胶液的试管，将试管放入超声波清洗机中，超声10-15min后，取出样片并用去离子水冲洗，然后通过丙酮、乙醇、去离子水依次各通过超声清洗10-15min，烘干，得到硅衬底。
步骤5具体过程为：
步骤5.1、将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3000-3500rpm的转速旋涂40-45s；
步骤5.2、用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90-120℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。
步骤6具体过程为：将步骤5得到的蒸镀有并五苯有源层的硅衬底置于zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，静置24小时，得到有机场效应晶体管。
本发明有益效果是：
本发明一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，使用图案化衬底制备并五苯多晶薄膜，减少了并五苯的晶界，提高了并五苯迁移率；经光刻与刻蚀工艺后即可完成图案化衬底的制作，工艺简单；在蒸镀并五苯薄膜完成后，蒸镀电极，完成底栅顶接触ofet的制备，得到的器件迁移率比未使用图案化衬底制备的ofet的迁移率提高了两倍。为制备高迁移率并五苯薄膜提供可行的解决方案。
附图说明
图1是本发明一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法流程图；
图2是本发明方法制备得到的以并五苯为有机层图案化衬底的ofet的转移特性曲线图；
图3(a)是本发明实施例3制备图案化衬底的afm图；
图3(b)是用afm看得凹槽深的变化图；
图4(a)是实施例1(非图案化衬底)的有机层的afm图；
图4(b)表示实施例2的有机层的afm图；
图4(c)表示实施例3的有机层的afm图；
图4(d)表示实施例4的有机层的afm图；
图5(a)为凹槽宽度为2μm基板上的并五苯都有定向排列现象图；
图5(b)为凹槽宽度为4μm基板上的并五苯都有定向排列现象图；
图5(c)为凹槽宽度为6μm基板上的并五苯都有定向排列现象图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、取硅片，对硅片清洗处理后，通过光刻胶对硅片进行匀胶；光刻胶为az5214。
步骤1具体过程为：
步骤1.1、将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗10-15min；然后用100℃的无水乙醇进行热提拉，热提拉时硅片与液面夹角成45°；
步骤1.2、通过yq201500131匀胶机对步骤1.1得到的硅片进行匀胶，匀胶转速4000-5000rpm，时间为30s；
步骤1.3、硅片匀胶完成之后的硅片，放在加热板上进行前烘，前烘温度为90-100℃，时间为2-3min。
步骤2、将匀胶后的硅片进行通过掩膜版进行曝光，再通过显影液进行显影，随后进行清洗，坚膜，干燥得到显影样片；
步骤2具体过程为：
步骤2.1、用带有凹槽宽度2μm-8μm图案的掩模板对匀胶后的硅片进行曝光，曝光时间为4-7s；
步骤2.2、使用az-300mif显影液进行显影，显影时间为60-90s，并用去离子水清洗；
步骤2.3、将步骤2.2得到的硅片放置与烤箱中，调整温度为90-100℃，时间为5-7min，随后取出置于真空干燥箱中，冷却，干燥，得到显影样片。
步骤3、配置刻蚀液，将显影样片放置于刻蚀液中，摇晃显影样片，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干，得到刻蚀样片；
刻蚀液成分配比为：nh4f：hf：h2o＝9g：5ml：45ml。
步骤4、将刻蚀样片置于装有az去胶液的试管中，清洗，并烘干，得到硅衬底；
步骤4具体过程为：刻蚀样片置于装有az去胶液的试管，将试管放入超声波清洗机中，超声10-15min后，取出样片并用去离子水冲洗，然后通过丙酮、乙醇、去离子水依次各通过超声清洗10-15min，烘干，得到硅衬底。
步骤5、将hmds溶液均匀铺到硅衬底上，并通过真空沉积设备蒸镀并五苯有源层；
步骤5具体过程为：
步骤5.1、将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3000-3500rpm的转速旋涂40-45s；
步骤5.2、用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90-120℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。
步骤6、对步骤5得到的蒸镀有并五苯有源层的硅衬底制备源漏电极和栅电极，得到有机场效应晶体管；
步骤6具体过程为：将步骤5得到的蒸镀有并五苯有源层的硅衬底置于zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，静置24小时，得到有机场效应晶体管。
以下实施例均以电阻率为0.1ω的sio2基板为例进行说明。
实施例1
将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min。然后用100℃的无水乙醇进行热提拉(硅片与液面夹角成45°)。用热板烘干5min，用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。用一次性注射器将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3500rpm的转速旋涂40s。在zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜(纯度为99.99％)作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，静置24小时，完成整个ofet的制备。
实施例2
将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗10-15min。然后用100℃的无水乙醇进行热提拉(硅片与液面夹角成45°)，我们用yq201500131匀胶机进行匀胶，匀胶转速5000rpm，时间为30s，所使用的光刻胶是az5214。硅片匀胶完成之后，放在加热板上进行前烘，目的是将光刻胶中的溶剂部分挥发，提高光刻胶与硅片的粘附强度，增强光吸收及抗腐蚀性，缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力，前烘温度为100℃，时间为2min。用带有凹槽宽度为2μm图案的掩模板。对样片进行掩膜曝光，曝光时间5s，开始曝光。使用az-300mif显影液进行显影操作，显影时间为90s。显影后将样品在去离子水中清洗两次，目的冲洗掉样品上残留的显影液，然后用氮气枪沿着凹槽方向吹干。为了增加胶的抗腐蚀性，在显影之后对样片进行坚膜。温度为100℃，时间为7min。烘焙结束后将样片取出放入真空干燥箱中备用。用镊子夹住显影完的片子，放入提前配置好的刻蚀液中，摇晃手中的片子，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干。刻蚀后的样片放在装有az去胶液的试管中放入超声波清洗机中，超声15分钟后，将样片用去离子水冲洗，然后用丙酮，乙醇，去离子水依次各超声10min，之后用热板烘干5分钟。用一次性注射器将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3500rpm的转速旋涂40s。用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。在zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜(纯度为99.99％)作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，真空环境静置24小时，完成整个ofet的制备。
实施例3
将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min。然后用100℃的无水乙醇进行热提拉(硅片与液面夹角成45°)。我们用yq201500131匀胶机进行匀胶，匀胶转速5000rpm，时间为30s，所使用的光刻胶是az5214。硅片匀胶完成之后，放在加热板上进行前烘，目的是将光刻胶中的溶剂部分挥发，提高光刻胶与硅片的粘附强度，增强光吸收及抗腐蚀性，缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力，前烘温度为100℃，时间为2min。用带有凹槽宽度为4μm图案的掩模板。对样片进行掩膜曝光，曝光时间5s，开始曝光。使用az-300mif显影液进行显影操作，显影时间为90s。显影后将样品在去离子水中清洗两次，目的冲洗掉样品上残留的显影液，然后用氮气枪沿着凹槽方向吹干。为了增加胶的抗腐蚀性，在显影之后对样片进行坚膜。温度为100℃，时间为7min。烘焙结束后将样片取出放入真空干燥箱中备用。用镊子夹住显影完的片子，放入提前配置好的刻蚀液中，摇晃手中的片子，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干。刻蚀后的样片放在装有az去胶液的试管中放入超声波清洗机中，超声15分钟后，将样片用去离子水冲洗，然后用丙酮，乙醇，去离子水依次各超声10min，之后用热板烘干5分钟。用一次性注射器将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3500rpm的转速旋涂40s。用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。在zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜(纯度为99.99％)作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，在真空箱中静置24小时，完成整个ofet的制备。
实施例4
将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min。然后用100℃的无水乙醇进行热提拉(硅片与液面夹角成45°)。我们用yq201500131匀胶机进行匀胶，匀胶转速5000rpm，时间为30s，所使用的光刻胶是az5214。硅片匀胶完成之后，放在加热板上进行前烘，目的是将光刻胶中的溶剂部分挥发，提高光刻胶与硅片的粘附强度，增强光吸收及抗腐蚀性，缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力，前烘温度为100℃，时间为2min。用带有凹槽宽度为6μm图案的掩模板。对样片进行掩膜曝光，曝光时间5s，开始曝光。使用az-300mif显影液进行显影操作，显影时间为90s。显影后将样品在去离子水中清洗两次，目的冲洗掉样品上残留的显影液，然后用氮气枪沿着凹槽方向吹干。为了增加胶的抗腐蚀性，在显影之后对样片进行坚膜。温度为100℃，时间为7min。烘焙结束后将样片取出放入真空干燥箱中备用。用镊子夹住显影完的片子，放入提前配置好的刻蚀液中，摇晃手中的片子，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干。刻蚀后的样片放在装有az去胶液的试管中放入超声波清洗机中，超声15分钟后，将样片用去离子水冲洗，然后用丙酮，乙醇，去离子水依次各超声10min，之后用热板烘干5分钟。用一次性注射器将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3500rpm的转速旋涂40s。用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。在zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜(纯度为99.99％)作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，真空环境静置24小时，完成整个ofet的制备。
实施例5
将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗15min，然后用100℃的无水乙醇进行热提拉(硅片与液面夹角成45°)。我们用yq201500131匀胶机进行匀胶，匀胶转速5000rpm，时间为30s，所使用的光刻胶是az5214。硅片匀胶完成之后，放在加热板上进行前烘，目的是将光刻胶中的溶剂部分挥发，提高光刻胶与硅片的粘附强度，增强光吸收及抗腐蚀性，缓和涂胶过程中光刻胶膜内产生的应力，前烘温度为100℃，时间为2min。用带有凹槽宽度为8μm图案的掩模板。对样片进行掩膜曝光，曝光时间5s，开始曝光。使用az-300mif显影液进行显影操作，显影时间为90s。显影后将样品在去离子水中清洗两次，目的冲洗掉样品上残留的显影液，然后用氮气枪沿着凹槽方向吹干。为了增加胶的抗腐蚀性，在显影之后对样片进行坚膜。温度为100℃，时间为7min。烘焙结束后将样片取出放入真空干燥箱中备用。用镊子夹住显影完的片子，放入提前配置好的刻蚀液中，摇晃手中的片子，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干。刻蚀后的样片放在装有az去胶液的试管中放入超声波清洗机中，超声15分钟后，将样片用去离子水冲洗，然后用丙酮，乙醇，去离子水依次各超声10min，之后用热板烘干5分钟。用一次性注射器将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3500rpm的转速旋涂40s。用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。在zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜(纯度为99.99％)作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，真空环境静置24小时，完成整个ofet的制备。
图2是实施例1到5所制备器件的转移特性曲线，从图中我们可以清晰的发现，从凹槽宽度4um的器件电流电压特性优于2um优于非图案化衬底，6um和8um的器件相对有所下降，在4um时器件最优，迁移率为4.6×10-2cm2/vs，相较于非图案化衬底制备器件的迁移率(2.7×10-2cm2/vs)增加了两倍。
图3(a)是实施例3制备图案化衬底的afm图，图3(b)是用afm看得凹槽深的变化图；从图3(b)中我们能看到由于刻蚀的原因，凹槽是梯形机构，并不是完整的矩形结构。经过探索得到的最佳深度为20-30nm。
图4(a)是实施例1(非图案化衬底)的有机层的afm图，图4(b)表示实施例2(基板凹槽宽度为2μm)的有机层的afm图，图4(c)表示实施例3(基板凹槽宽度为4μm)的有机层的afm图，图4(d)表示实施例4(基板凹槽宽度为6μm)的有机层的afm图,可以看出图案化衬底的晶粒大小要优于非图案化衬底。
对并五苯的晶向进行了统计，汇总在图5，对80°-100°之间的θ角进行了统计，图5(a)为凹槽宽度为2μm基板上的并五苯都有定向排列现象图，图5(b)为凹槽宽度为4μm基板上的并五苯都有定向排列现象图，图5(c)为凹槽宽度为6μm基板上的并五苯都有定向排列现象图。可以得到凹槽基板上的并五苯都有定向排列现象，其中4μm晶粒的取向度(26％)最高。
通过上述方式，本发明一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，使用图案化衬底制备并五苯多晶薄膜，减少了并五苯的晶界，提高了并五苯迁移率；经光刻与刻蚀工艺后即可完成图案化衬底的制作，工艺简单；在蒸镀并五苯薄膜完成后，蒸镀电极，完成底栅顶接触ofet的制备，得到的器件迁移率比未使用图案化衬底制备的ofet的迁移率提高了两倍。为制备高迁移率并五苯薄膜提供可行的解决方案。
1.一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、取硅片，对硅片清洗处理后，通过光刻胶对硅片进行匀胶；
步骤2、将匀胶后的硅片进行通过掩膜版进行曝光，再通过显影液进行显影，随后进行清洗，坚膜，干燥得到显影样片；
步骤3、配置刻蚀液，将显影样片放置于刻蚀液中，摇晃显影样片，20s后取出片子，用去离子水冲洗，然后再用氮气枪吹干，得到刻蚀样片；
步骤4、将刻蚀样片置于装有az去胶液的试管中，清洗，并烘干，得到硅衬底；
步骤5、将hmds溶液均匀铺到硅衬底上，并通过真空沉积设备蒸镀并五苯有源层；
步骤6、对步骤5得到的蒸镀有并五苯有源层的硅衬底制备源漏电极和栅电极，得到有机场效应晶体管。
2.根据权利要求1所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，步骤1具体过程为：
步骤1.1、将硅片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水各超声清洗10-15min；然后用100℃的无水乙醇进行热提拉，热提拉时硅片与液面夹角成45°；
步骤1.2、通过yq201500131匀胶机对步骤1.1得到的硅片进行匀胶，匀胶转速4000-5000rpm，时间为30s；
步骤1.3、硅片匀胶完成之后的硅片，放在加热板上进行前烘，前烘温度为90-100℃，时间为2-3min。
3.根据权利要求1或2所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，所述光刻胶为az5214。
4.根据权利要求1所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，步骤2具体过程为：
步骤2.1、用带有凹槽宽度2μm-8μm图案的掩模板对匀胶后的硅片进行曝光，曝光时间为4-7s；
步骤2.2、使用az-300mif显影液进行显影，显影时间为60-90s，并用去离子水清洗；
步骤2.3、将步骤2.2得到的硅片放置与烤箱中，调整温度为90-100℃，时间为5-7min，随后取出置于真空干燥箱中，冷却，干燥，得到显影样片。
5.根据权利要求1所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，步骤3所述刻蚀液成分配比为：nh4f：hf：h2o＝9g：5ml：45ml。
6.根据权利要求1所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，步骤4具体过程为：刻蚀样片置于装有az去胶液的试管，将试管放入超声波清洗机中，超声10-15min后，取出样片并用去离子水冲洗，然后通过丙酮、乙醇、去离子水依次各通过超声清洗10-15min，烘干，得到硅衬底。
7.根据权利要求1所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，步骤5具体过程为：
步骤5.1、将hmds溶液均匀的滴到衬底上，用匀胶机以3000-3500rpm的转速旋涂40-45s；
步骤5.2、用真空沉积设备蒸镀并五苯有源层，真空度1×10-4pa，基板温度90-120℃，样品台转速3rpm，并五苯有源层厚度50nm。
8.根据权利要求1所述一种基于图案化衬底的有机场效应晶体管制备方法，其特征在于，步骤6具体过程为：将步骤5得到的蒸镀有并五苯有源层的硅衬底置于zhd-300真空设备，用掩膜版掩膜蒸镀30nm的铜作为源漏电极，用导电银胶在sio2背部粘贴铜片作为栅电极，静置24小时，得到有机场效应晶体管。
技术总结