第三章 實驗架構
3.3 雙極性有機薄膜電晶體製作流程
矽基版的部份，以 n 型重摻雜的矽晶圓作為元件的閘極，經由高溫爐管成長 2000Å 的SiO2作為閘極介電層。玻璃基板的部份，以片電阻為7~10 Ω/sq 的 ITO 作為元件的閘 極。兩著皆切割成20 mm×20 mm 的破片後，經過基板清洗、有機介電層製備、蒸鍍有 機主動層、蒸鍍汲極與源極金屬，雙極性有機薄膜電晶體便製作完成。
3.3.1 基板清洗
由於本實驗的矽基板已長有 SiO2，所以清洗矽基板的RCA clean 的步驟為依據做簡
化。首先將基板固定於鐵氟龍架，置入燒杯，沖洗DI water 5 分鐘，再置入硫酸杯，浸 泡於H2SO4：H2O2 = 3：1 (450 ml：150 ml)的混合溶液中，利用 H2SO4去除SiO2基板表 面殘存的有機物質，於混合溶液中浸泡10~15 分鐘後，再於 DI water 下沖洗 5 分鐘後，
利用氮氣槍將元件基板吹乾，最後再置於約100˚C 的烘箱內 8 小時以上去除表面剩餘的 水分。
圖3- 4 清潔矽基板順序。
玻璃基板以detergent 搓洗數次後，再以 DI water 沖洗乾淨。將元件基板固定於鐵氟 龍架，浸泡於acetone 的燒杯中用石英震盪器清洗 20 分鐘後，再浸泡於 IPA 的燒杯中用 石英震盪器清洗 20 分鐘。用氮氣槍將基板吹乾。最後將基板置於約 100˚C 的烘箱內 8 小時以上去除表面剩餘的水分。
圖3- 5 清潔玻璃基板順序。
3.3.2 有機介電層的製備
本 實 驗 選 用 的 有 機 介 電 層 為 poly(methyl methacrylate) (PMMA) 與 Poly(vinyl Cinnamate) (PVCN)，各自溶於無水的 toluene 和 Dichlorobenzene (DCB)溶劑中，配成約 7 wt%與 11 wt%濃度的溶液等待溶解均勻。塗佈有機介電層前，先將基板經過 UV-Ozone 清潔處理，接著各用不同的塗佈時間和轉速於基板上成膜。塗佈完畢後，PMMA 的基 板置於加熱器上加熱100℃烤 60 分鐘，以完全去除 toluene。PVCN 則是加熱 80℃預烤 10 分鐘後，用光源為 254 nm 的曝光機下曝光 90 分鐘，再用 100℃烤 60 分鐘，以完全 去除DCB。
3.3.3 蒸鍍有機主動層
本實驗是以 bi-layer 結構的 Ambipolar OTFT 作為主要的探討，因此需要兩種不同電 性的有機半導體材料，在這裡我們選用pentacene 來當 p-type 主動層，而 n-type 的主動 層材料則是PTCDI-C8。2002 年 Patrick R. L. Malenfant[22]等人利用PTCDI-C8 製作之電 晶體在惰氣環境下量測電子載子遷移率可達0.6 cm2/Vs，以 Ambipolar 電性匹配的目標 下，此材料之載子遷移率比較能夠和 pentacene 匹配。將基板和裝滿主動層有機材料的 坩鍋置入熱蒸鍍機，將腔體的壓力抽至約3x10-6~1x10-6 torr 後，先蒸鍍 pentacene 再蒸 鍍PTCDI-C8，皆是利用鎢絲線圈加熱坩鍋以氣化蒸鍍有機材料，待鍍率穩於 0.4 Å/s 時，
打開遮板開始蒸鍍到想要的厚度。蒸鍍過程中則透過不锈鋼製的shadow mask 來定義元 件在基板上的圖形。
3.3.4 蒸鍍汲極和源極金屬
金屬蒸鍍的部份，將Au 錠置於鎢舟上，控制通過鎢舟的交流電流使鎢舟加熱至高 溫將Au 熔化蒸發，控制蒸鍍速率約 1.5 Å/s，附著於有機主動層上，厚度約 400 Å。同 樣利用 shadow mask 定義圖案，最終完成的雙極性有機薄膜電晶體通道寬度(channel width)為 800 μm，通道長度(channel length)為 70 μm。
3.3.5 Inverter 製作
本實驗製作的 Inverter 是利用兩顆相同的 Ambipolar OTFT 構成的，且此 Ambipolar OTFT 的 p-type 與 n-type 電性匹配，製作方式如之前所述，差別僅是蒸鍍金屬時，選用 不同的shadow mask，使兩顆相同元件的汲極相連接起來。
圖3- 6 有機元件製作順序。