一种半导体结构的制备方法和半导体器件

本发明涉及半导体，尤其涉及一种半导体结构的制备方法和半导体器件。

背景技术：

1、对半导体材料进行结构化处理，已经成为微电子技术的关键技术。对于无机半导体材料如硅、锗等，可以通过光刻和腐蚀等手段实现。而对于有机半导体材料而言，由于有机半导体对辐射及腐蚀手段非常敏感，因此难以通过传统工艺进行结构化处理。

2、为了解决有机半导体材料存在的这些问题，现有技术通过掩膜板蒸镀和打印等来获得结构化的半导体膜，但是这种技术手段获得的结构化半导体膜分辨率较低、结构的尺寸只能达到几十微米级别，难以获得更小的尺寸。针对不能获得更小尺寸的问题，现有技术有采用柔性印章来诱导或者控制溶液成膜并图形化，从而可以得到1微米甚至纳米级别的结构。然而，对于小分子半导体材料而言，柔性印章并不能保持半导体材料呈结构化，具体如图1所示，其中，1表示衬底，2表示金电极，3表示半导体膜层。之所以出现图1中的图案结构，主要是由于小分子半导体材料在从溶液中析出后，容易粉末化，得到的半导体膜层一方面连续性差，另一方面厚度以及宽度尺寸不均匀，导致成膜质量较差、半导体膜层可靠性差。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的之一是提供一种半导体结构的制备方法，旨在解决小分子半导体材料在图案化时存在成膜质量差和可靠性较差的问题。

2、为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

3、一种半导体膜的制备方法，包括以下步骤：

4、将小分子半导体材料和电介质聚合物共溶于溶剂中，得到第一混合液；

5、将所述第一混合液转移至模板的表面，所述模板的表面具有图案化结构；

6、将基板叠设在所述模板的表面并施加压力，使所述第一混合液形成吸附在所述基板和所述模板之间的液膜；

7、去除所述液膜的溶剂，使由所述小分子半导体材料和所述电介质聚合物组成的混合物膜附着于所述基板的表面；

8、对所述基板和所述混合物膜进行热处理，使所述混合物膜发生相分层成双层膜，所述双层膜中的各膜层沿所述基板的法向方向依次层叠，且所述双层膜拷贝所述模板的图案。

9、在一种可能的实施方式中，所述小分子半导体材料包括并五苯、2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩、3,4,9,10-四甲酰二亚胺、双萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩、7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷、噻吩齐聚物、三芳基胺、三芳基胺衍生物、花基二酰亚胺/北基二酸酐衍生物、线性稠环碳氢化合物、并四苯、并四苯衍生物、三亚苯衍生物、六苯并蔻衍生物、酞菁衍生物中的至少一种。

10、在一种可能的实施方式中，所述电介质聚合物包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺中的任一种；

11、和/或，所述溶剂为挥发性有机溶剂。

12、在一种可能的实施方式中，所述小分子半导体材料形成的小分子半导体膜层叠于所述基板的表面，所述电介质聚合物形成的电介质聚合物膜层叠于所述小分子半导体膜的表面；

13、或者，所述电介质聚合物形成的电介质聚合物膜层叠于所述基板的表面；所述小分子半导体材料形成的小分子半导体膜层叠于所述电介质聚合物膜的表面；

14、或者，所述基板的表面具有过渡膜层，所述小分子半导体材料形成的小分子半导体膜层叠于所述过渡膜层的表面，所述电介质聚合物形成的电介质聚合物膜层叠于所述小分子半导体膜的表面；

15、或者，所述基板表面具有过渡膜层，所述电介质聚合物形成的电介质聚合物膜层叠于所述过渡膜层的表面；所述小分子半导体材料形成的小分子半导体膜层叠于所述电介质聚合物膜的表面。

16、在一种可能的实施方式中，所述过渡膜层包括苯基三氯硅烷膜层。

17、在一种可能的实施方式中，所述热处理的温度为60℃～300℃；

18、和/或，所述模板为柔性模板，所述图案化结构包括沟槽和/或凸起。

19、相对于现有技术而言，本发明实施例提供的半导体结构的制备方法，通过将小分子半导体材料和电介质聚合物共同溶解于溶剂中，再去除溶剂，从而得到由小分子半导体材料和电介质聚合物组成的混合物膜，有效地避免了小分子半导体材料粉末化而导致的成膜质量差和可靠性差的问题，进一步通过热处理，使得混合物膜中的两种物质发生相分离，得到图案化的双层膜，且双层膜的厚度以及宽度均可达到纳米级，同时呈现出厚度均匀和宽度均匀的特点，从而可以得到高质量的图案化半导体结构。

20、本发明实施例的目的之二是提供一种半导体器件，其采用的具体技术方案如下：

21、一种半导体器件，包括：

22、半导体结构，所述半导体结构包括基板和功能膜层，所述功能膜层呈图案化层叠于所述基板；

23、所述功能膜层包括依次层叠的小分子半导体膜和电介质聚合物膜；

24、源电极，所述源电极叠设在所述功能膜层的局部表面，并延伸叠设于所述基板的局部表面；

25、漏电极，所述漏电极叠设在所述功能膜层的局部表面，并延伸叠设于所述基板的局部表面，且所述漏电极与所述源电极之间具有间隔；

26、所述半导体结构按照上述所述的半导体结构的制备方法制备得到。

27、在一种可能的实施方式中，所述半导体结构还包括过渡膜层，所述过渡膜层叠设于所述基板和所述功能膜层之间，且延伸至所述源电极与所述基板之间以及延伸至所述漏电极与所述基板之间。

28、在一种可能的实施方式中，所述小分子半导体膜叠设于所述过渡膜层的表面，所述电介质聚合物膜叠设于所述小分子半导体膜的表面；

29、或者，所述电介质聚合物膜叠设于所述过渡膜层的表面，所述小分子半导体膜叠设于所述电介质聚合物膜的表面。

30、在一种可能的实施方式中，所述半导体器件包括场效应晶体管、光敏器件、化学传感器以及生物传感器中的任一种；

31、和/或，所述双膜层的厚度在5nm～1μm之间，宽度在10nm～500μm之间。

32、相对于现有技术而言，本发明实施例提供的半导体器件，由于半导体结构中，形成纳米级的双层膜结构，双层膜的厚度和宽度均较为均匀，具有较高的膜层质量，从而可以使得半导体器件具有较高的可靠性和输出特性。

技术特征：

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述小分子半导体材料包括并五苯、2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩、3,4,9,10-四甲酰二亚胺、双萘并[2,3-b:2′,3′-f]噻吩并[3,2-b]噻吩、7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷、噻吩齐聚物、三芳基胺、三芳基胺衍生物、花基二酰亚胺/北基二酸酐衍生物、线性稠环碳氢化合物、并四苯、并四苯衍生物、三亚苯衍生物、六苯并蔻衍生物、酞菁衍生物中的至少一种。

3.如权利要求1至2任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述电介质聚合物包括聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺中的任一种；

4.如权利要求1至2任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述小分子半导体材料形成的小分子半导体膜层叠于所述基板的表面，所述电介质聚合物形成的电介质聚合物膜层叠于所述小分子半导体膜的表面；

5.如权利要求4所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述过渡膜层包括苯基三氯硅烷膜层。

6.如权利要求1至2任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为60℃～300℃；

7.一种半导体器件，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体结构还包括过渡膜层，所述过渡膜层叠设于所述基板和所述功能膜层之间，且延伸至所述源电极与所述基板之间以及延伸至所述漏电极与所述基板之间。

9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述小分子半导体膜叠设于所述过渡膜层的表面，所述电介质聚合物膜叠设于所述小分子半导体膜的表面；

10.如权利要求7至9任一项所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括场效应晶体管、光敏器件、化学传感器以及生物传感器中的任一种；

技术总结
本发明涉及半导体器件技术领域，具体公开一种半导体结构的制备方法和半导体器件。所述制备方法包括以下步骤：将小分子半导体材料和电介质聚合物共溶于溶剂中，得到第一混合液；将第一混合液转移至表面呈具有图案化结构的模板；将基板叠设在模板的表面并施加压力，使第一混合液形成吸附在基板和模板之间的液膜；去除液膜的溶剂，使由小分子半导体材料和电介质聚合物组成的混合物膜附着于基板的表面；热处理使混合物膜发生相分层成双层膜，且双层膜中各膜层沿直基板的法向方向依次层叠，双层膜拷贝所述模板的图案。本发明的制备方法可在基板表面获得纳米级的双层膜，并由此得到高质量图案化的半导体结构，可有效提高半导体器件的输出性能。

技术研发人员：项泽众,李顺朴,仇明侠,王宁,苏耀荣
受保护的技术使用者：深圳技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13