碳纳米管薄膜晶体管底板的制造及其显示集成 |
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| 申请号 | CN201780092111.1 | 申请日 | 2017-05-08 | 公开(公告)号 | CN111149232B | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 碳纳米管技术有限责任公司; | 发明人 | 李华平; | ||||
| 摘要 | 提供了用于生产单壁 碳 纳米管 (SWCNT)并将其集成到现有TFT 底板 制造线中的方法。与LTPS和 氧 化物TFT底板相比，SWCNT TFT底板表现出等同或较好的品质因数，诸如高场发射迁移率、低温制造、良好 稳定性 、均匀性、可扩展性、柔性、透明性、机械可 变形 性、 低 电压 和低功耗、弯曲性和低成本。还提供了用于将SWCNT集成到现有TFT底板制造线，无需额外资本需求就可以开始初步试验和大量制造的方法和工艺。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造单壁碳纳米管薄膜晶体管底板的方法，包括： |
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| 说明书全文 | 碳纳米管薄膜晶体管底板的制造及其显示集成技术领域背景技术[0002] 平板显示器(FPD)渗入了与显示功能集成在一起的消费电子产品。在现有的FPD中，虽然在颜色、对比度和响应时间方面存在某些限制，但是薄膜晶体管(TFT)‑液晶显示器(LCD)占据了当前显示器市场，在2013年具有97.5％的市场份额。最近，显示器资本支出已从TFT‑LCD快速地转移到AMOLED，这不仅是因为AMOLED在颜色、对比度和响应时间方面的出色的显示质量，而且8代或较大制造的大型AMOLED具有超过TFT‑LCD的成本优势。为了能够制造大于Gen 8尺寸的AMOLED，这里存在若干技术挑战，包括常规有源矩阵薄膜晶体管(TFT)底板中的限制。(参见，例如，G.Gu和S.R.Forrest,IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,vol.4,pp.83‑99,1998,其公开通过引用并入本文。)[0003] 用于驱动AM‑LCD像素的当前有源矩阵TFT底板通常由具有低迁移率(‑1cm2V‑1s‑1)并且稳定性差的非晶硅(a‑Si)制成，因此不适合AMOLED像素。(参见，M.J.Powell,IEEE Transactions on Electron Devices,vol.36,pp.2753‑2763,1989，其公开通过引用并入本文。)由于这些缺陷，当前的AMOELD显示器由低温多晶硅(poly‑Si)TFT驱动，这承受高制造成本和时间，以及器件尺寸、取向和不均匀性限制，所有这些都对增大显示器尺寸和产品产量提出了严峻的挑战。(参见，例如，C.‑P.Chang和Y.‑C.S.Wu,IEEE electron device letters,vol.30,pp.130‑132,2009；Y.‑J.Park,M.‑H.Jung,S.‑H.Park和O.Kim,Japanese Journal of Applied Physics,vol.49,pp.03CD01,2010；以及P.‑S.Lin和T.‑S.Li,IEEE electron device letters,vol.15,pp.138‑139,1994，其每个公开通过引用并入本文。)[0004] 虽然直到5.5代，低温多晶硅(LTPS)底板一直处于大量生产中，但是包括准分子激光退火(ELA)和先进固相结晶(ASPC)的LTPS制造技术为>8代的规模扩大创造了实质的障碍。例如，ELA和ASPC晶圆厂两者都具有非常慢的总平均循环时间，是a‑Si的典型60秒的两倍以上。这使a‑Si阵列工艺的资本成本加倍。此外，ELA的规模扩大可能导致非均匀性和阵列故障。ASPC工艺的高温(约600℃)需要昂贵的玻璃以避免玻璃翘曲和收缩。(B.Young,Information Display,vol.10,pp.24,2010，其公开通过引用并入本文。)制造LTPS所需的较高处理温度和更复杂的光掩模增大了资本支出和实现高产率的难度。这使得5"LTPS TFT‑LCD(1920×1080像素)比相同尺寸的a‑Si TFT‑LCD贵了14％。 [0005] 因此，需要存在允许生产较便宜的TFT底板的制造技术。发明内容 [0006] 提供了用于制造碳纳米管薄膜晶体管底板及将其集成到显示器中的方法。 [0008] ·提供基板； [0009] ·在所述基板顶上沉积包括单壁碳纳米管的薄膜层的绝缘体；并且 [0012] 在一些这样的实施例中，通过选自以下的技术来形成单壁碳纳米管气溶胶：在范围为20V至48V的电压下的超声雾化以及具有每分钟约600立方厘米的雾化器流量以生成直径约1μm至5μm的气溶胶的气动雾化；并且其中，气溶胶由每分钟约10立方厘米至20立方厘米的载气流量带到喷涂头。 [0014] 在又其它实施例中，使用作为单壁碳纳米管气溶胶的气溶胶喷射印刷在基板顶上印刷绝缘体。 [0015] 在一些这样的实施例中，通过选自以下的技术来形成单壁碳纳米管气溶胶：在范围为20V至48V的电压下的超声雾化以及具有每分钟约600立方厘米的雾化器流量以生成直径为1μm至5μm的气溶胶的气动雾化；并且其中，气溶胶由每分钟10立方厘米至20立方厘米的载气流量带到小于100μm的细喷嘴并且通过25ccm至50ccm的鞘气流量被集中。 [0016] 在其它这样的实施例中，沉积的线宽小于10μm，同时具有<2μm的对准精度。 [0017] 在又其它实施例中，单壁碳纳米管是高纯度单手性单壁碳纳米管。 [0018] 在一些这样的实施例中，单壁碳纳米管具有选自(6，4)、(9，1)、(8，3)、(6，5)、(7，3)、(7，5)、(10，2)、(8，4)、(7，6)、(9，2)及其混合物的指数。 [0019] 在又其它实施例中，单壁碳纳米管薄膜由多个分立的薄膜形成。 [0020] 在一些这样的实施例中，使用一种光掩模光刻工艺图案化分立的单壁碳纳米管薄膜。 [0022] 在一些这样的实施例中，经由气溶胶喷涂沉积酸性气体。 [0023] 在又一些其它这样的实施例中，方法还包括利用异丙醇清洗经处理的单壁碳纳米管薄膜。 [0024] 在又一些其它这样的实施例中，方法还包括在从约100℃至200℃的温度下熔结单壁碳纳米管薄膜。 [0026] ·在单壁碳纳米管薄膜上旋涂光致抗蚀剂； [0027] ·通过光刻在光致抗蚀剂顶上限定图案以创建限定的光致抗蚀剂和未限定的光致抗蚀剂的区域； [0028] ·溶液显影限定的图案以形成显影的光致抗蚀剂；并且 [0030] 在又其它实施例中，方法包括将单壁碳纳米管薄膜晶体管底板集成到显示设备中。 [0031] 各种其它实施例针对被配置成沉积单壁碳纳米管薄膜晶体管底板的系统，该系统包括： [0032] ·与移动台相关联地安装的多个印刷头； [0033] ·所述多个印刷头与单壁碳纳米管的水溶液的溶液流体连通，以用于在沉积在移动台上的基板顶上沉积单壁碳纳米管的薄膜；并且 [0034] ·其中，印刷头与光掩模和光刻工艺集成，以用于图案化和形成在沉积的薄膜顶上的至少漏极和源极电极、电介质、一个或多个顶栅电极和一个或多个像素电极。 [0035] 在下面的描述中部分地阐述了附加的实施例和特征，并且在阅读说明书时对于本领域技术人员，附加的实施例和特征将部分地变得清楚，或者可以通过本发明的实践而获悉。可以通过参考形成本公开的一部分的说明书和附图的其余部分来实现对本发明的本质和优点的进一步理解。 附图说明[0036] 参考以下附图和数据曲线图，将更充分地理解本说明书，这些附图和数据曲线图是作为本发明的示例性实施例呈现的，并且不应被解释为本发明的范围的完整阐述，其中： [0037] 图1a和图1b提供了示出根据本发明的实施例的单壁碳纳米管的吸收光谱和电气性质的数据曲线图。 [0038] 图2a和图2b提供了根据本发明的实施例的示例性垂直发光晶体管的示意性图示。 [0039] 图3a‑图3k提供了根据实施例的形成刻蚀停止垂直发光晶体管的方法的示意性图示。 [0040] 图4a‑图4f提供了根据实施例的形成垂直发光晶体管的方法的示意性图示。 [0041] 图5a至图5c提供了示意性图示，其示出了：a)用于移动台中的溶液喷涂设备的多个喷涂头，b)用于超声喷涂的喷枪，以及c)气溶胶喷涂系统，其中每个都是根据本发明的实施例的。 [0042] 图6提供了根据本发明的实施例的喷枪喷涂的碳纳米管薄膜的图像。 [0043] 图7提供了根据本发明的实施例的气溶胶喷涂的碳纳米管薄膜的图像。 [0045] 图9是根据本发明的实施例的气溶胶喷涂的单壁碳纳米管薄膜的原子力显微镜(AFM)图像。 [0046] 图10提供了示出根据本发明的实施例的用于制造顶栅碳纳米管TFT底板的制造工艺的流程图。 [0047] 图11提供了根据本发明的实施例的用于在漏极/源极标记上印刷碳纳米管图案的气溶胶印刷机的图像。 [0048] 图12提供了根据本发明的实施例的在气溶胶印刷单壁碳纳米管图案化膜之前的漏极/源极标记的照片和光学图像。 [0049] 图13提供了根据本发明的实施例的漏极/源极标记上的气溶胶印刷的单壁碳纳米管图案化膜的照片和光学图像。 [0050] 图14提供了根据本发明的实施例的气溶胶喷射印刷的碳纳米管膜的光学图像，并且其中插图是SEM图像。 [0052] 图16提供了根据本发明的实施例的具有安装在卷对卷台上的多个气溶胶喷射印刷机头的装置的照片图像。 [0053] 图17提供了示出根据现有技术的用于制造标准底栅a‑Si TFT底板的制造工艺的流程图。 [0054] 图18提供了示出根据本发明的实施例的用于制造顶栅碳纳米管TFT底板的制造工艺的流程图。 [0055] 图19提供了示出根据本发明的实施例的用于制造顶栅印刷碳纳米管TFT底板的制造工艺的流程图。 [0056] 图20提供了根据本发明的实施例的单壁碳纳米管薄膜晶体管的截面图。 具体实施方式[0057] 转向用于生产并将单壁碳纳米管(SWCNT)集成到现有TFT底板制造线中的附图、设备、材料和方法。特别是，与LTPS和氧化物TFT底板相比，SWCNT TFT底板表现出等同或较好的品质因数，诸如高场发射迁移率、低温制造、良好稳定性、均匀性、可扩展性、柔性、透明性、机械可变形性、低电压和低功率、弯曲性和低成本。因此，许多实施例是针对用于将SWCNT技术集成到现有TFT底板制造线中而无需额外资本支出就可以开始初步试验和大量生产的方法和工艺。此外，其它实施例是针对用于将这种SWCNT TFT底板集成到视频显示器中的方法和工艺，在各种实施例中该视频显示器包括诸如头盔显示器(HMD)之类的高端无玻璃3‑D和超清面板显示器。在下文中，碳纳米管是指单壁碳纳米管，该单壁碳纳米管包括高纯度单手性SWCNT，诸如具有(6，4)、(9，1)、(8，3)、(6，5)、(7，3)、(7，5)、(10，2)、(8，4)、(7，6)、(9，2)及其混合物的指数的SWCNT。 [0058] 有源矩阵有机发光显示器(AMOLED)由于其节电、超高清和宽视角而极具吸引力。特别地，通过直接调制发光材料的电荷载流子，有机发光晶体管(OLET)中的进步表现出超过有机发光二极管(OLED)的改善的外部效率。此外，通过提供短沟道长度，在OLET中引入垂直结构来避免有机材料的固有低迁移率，从而可以在低功率和低电压下实现高电导率，因此增强有机材料的能量转换效率、寿命和稳定性。而且，在单个设备中将薄膜晶体管(TFT)开关与OLED发光性质结合会导致简化制造工艺并降低成本。然而，在这些设备中形成下层TFT底板的技术挑战限制了显示器尺寸变化和成本降低。如将在下面描述的，诸如高度透明多孔导电SWCNT电极之类的新型SWCNT材料和制造组合的使用使得能够形成可以被合并到用于TFT底板的制造线中的SWCNT TFT，从而克服了利用非晶硅/单晶硅/多晶硅、金属氧化物和有机材料制造的显示器底板的局限性，并且将适用于各种需求。 [0059] 因此，各种实施例是针对将印刷的SWCNT技术集成到a‑Si TFT‑LCD制造线中的方法。使用这样的SWCNT底板，较高迁移率使得LTPS TFT底板能够具有较高像素密度、较低功耗以及与玻璃基板上的驱动电路一起集成。 [0061] 随着分离技术的出现，可以生产纯度大于95％的超纯单壁碳纳米管，并且扩大规模以进行大量操作。使用这些工艺，可以生产具有各种指数的高纯度单手性SWCNT。在许多实施例中，形成包含具有(6，4)、(9，1)、(8，3)、(6，5)、(7，3)、(7，5)、(10，2)、(8，4)、(7，6)、(9，2)的指数的SWCNT的高纯度单手性SWCNT和混合物。在图1a中呈现出(6，5)SWCNT的NIR‑Vis吸收光谱，以示出在978nm和562nm处的主要S11和S22峰。它们的电性质被表征为具有可忽略的截止电流的纯半导体的特性(在图1b中提供了I‑V曲线)。因此，使用这样的技术，可以经由常规光谱来确保这些材料的纯度，并且确定它们的电性质以进行选择。 [0062] TFT底板制造 [0063] 实施例是针对用于在工业TFT底板制造线中采用超纯半导体单壁碳纳米管来取代非晶硅层的方法和工艺。特别地，如图2a和图2b所示，除了其它之外，可以在底栅刻蚀停止CNT TFT(例如，图2a)和底栅背侧沟道刻蚀CNT TFT(例如，图2b)中实现根据实施例的CNT层。然而，虽然将参考特定的TFT底板配置来描述方法和工艺，但是应当理解，可以根据实施例实现可以用CNT层取代硅层的任何TFT底板设计，包括，例如，共面TFT、短沟道TFT、交错TFT、平面TFT和自对准TFT。 [0064] 虽然可以使用许多工艺来形成包括特定底栅刻蚀停止CNT TFT的这样的CNF TFT，但是许多这样的实施例使用如图3a至图3k中概述并在下面描述的工艺。如所示出的，该方法需要CNT层被集成到其中的多个工艺步骤。这些步骤包括： [0065] ·准备基板和在基板顶上形成图案化的栅电极(图3a)。 [0066] ·在栅电极层顶上沉积栅电极电介质(图3b)。 [0067] ·在电介质层顶上沉积CNT薄膜背侧层(图3c)。 [0068] ·在CNT薄膜背侧层顶上沉积CNT保护层(图3d)。 [0069] ·图案化CNT保护层以暴露栅电极上方的CNT背侧层的部分，至少留下CNT薄膜被CNT保护层覆盖的边缘(图3e)。 [0070] ·在CNT薄膜的暴露部分和剩余的CNT保护层的顶上沉积刻蚀停止电介质层(图3f)。 [0071] ·图案化和刻蚀该刻蚀停止电介质层以在栅电极上方的CNT薄膜的部分的顶上选择性地沉积第二电介质层(图3g)。 [0072] ·移除剩余的CNT保护层以暴露栅电极沟道的边缘上的CNT薄膜(图3h)。 [0073] ·在CNT薄膜和刻蚀停止电介质层顶上沉积n+掺杂层(图3i)。 [0074] ·在n+掺杂层顶上沉积漏极/源极电极层(图3j)。 [0075] ·图案化和刻蚀漏极/源极电极(图3k)。 [0076] 这样的刻蚀停止(ES)CNT TFT的工艺需要一些额外的沉积步骤，然而在某些方面可以是有利的，因为其具有保护背侧沟道的刻蚀停止层，所以本征层可以保持较薄(例如，小于约200nm)。尽管进行了以上描述，但是应当理解，CNT背侧沟道层还可以与包括例如背侧沟道刻蚀(BCE)TFT的其它结构和技术相结合。在图4a至图4f中提供了这样的BCE TFT的示例性工艺，并且在下面描述。这些步骤包括： [0077] ·准备基板和在基板顶上形成图案化的栅电极(图4a)。 [0078] ·在栅电极层顶上沉积栅电极电介质(图4b)。 [0079] ·在电介质层顶上沉积漏极/源极电极和n+掺杂层两者(图4c)。 [0080] ·图案化和刻蚀漏极/源极电极和n+层(图4d)。 [0081] ·在n+层顶上沉积CNT薄膜背侧层(图4e)。 [0083] 虽然相对于具体沉积技术，在图3和图4中描述了上述方法，但是应当理解，根据实施例可以与CNT背侧层联合使用许多可替代的实施例和技术。 [0084] 例如，在一些这样的实施例中，如图3a和图4a所示，提供其上形成有栅电极的基板。虽然图中的基板被列为是玻璃，但是应该理解，可以使用具有足够的光学透射性(例如，在许多实施例中，约为80％或更大)，并且能够在工业标准处理温度(例如，100℃和更高)下抵抗劣化的任何材料。除了其它之外，示例性基板材料可以包括玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚丙烯酸酯(PAR)和聚碳酸酯(PA)。类似地，栅电极本身可以由任何合适的金属制成，比如Cu、Al、Ag、Mo、Cr、Nd、Ni、Mn、Ti、Ta或W，或者这些金属中的两种或更多种的合金。栅极金属层可以是单层结构或多层结构，并且该多层结构可以是例如Cu\Mo、Ti\Cu\Ti、Mo\Al\Mo等。如图3a和图4a所示，栅电极的厚度可以是任何合适的尺寸，比如从10nm到大于100μm，并且在一些实施例中约为400nm。 [0085] 同样地，虽然用于沉积栅电极的工艺被列为包括溅射和图案化的步骤，但是应当理解，可以使用许多合适的和标准的工业工艺来在基板顶上图案化和沉积栅电极。除其它之外，例如，溅射(或物理气相沉积)可以包括电子、电势、刻蚀和化学溅射中的一个或组合。沉积技术可以可替代地包括例如化学(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和/或热蒸发等。 [0086] 类似地，下层栅电极的图案化可以包含任何合适的照相制版工艺，比如湿刻蚀或干刻蚀，包括利用任何合适的光致抗蚀剂和刻蚀化学药品。在许多这样的实施例中，栅电极层可以涂覆有合适的光致抗蚀剂层，然后可以通过掩模板对光致抗蚀剂进行曝光和显影，以分别形成光致抗蚀剂未保留区域和光致抗蚀剂保留区域。在许多这样的实施例中，光致抗蚀剂保留区域对应于布置有栅电极的区域，并且光致抗蚀剂未保留区域对应于其它区域。在这样的实施例中，光致抗蚀剂未保留区域的栅极金属层可以通过刻蚀工艺被完全地刻蚀掉，并且剩余的光致抗蚀剂被去除，从而形成栅电极。 [0087] 一旦形成了栅电极，如图3b和图4b所示，在基板和栅电极层顶上形成合适的电介质层。此外，虽然在图中指定了PECVD工艺和SiN电介质材料，但是应当理解，任何合适的电介质材料和沉积工艺可以与方法结合。例如，在许多实施例中，电介质层可以由无机和有机材料、氧化物、氮化物或氮氧化物(诸如例如SiNx、SiOx、TaOx、AlOx或Si(ON)x)制成。而且，电介质层可以是单层结构、双层结构或多层结构。这种结构的厚度可以采用适合于提供电介质功能的任何尺寸。另外，可以通过任何合适的成膜工艺(包括例如磁控溅射、热蒸发、CVD(远程等离子体、光催化等)、PECVD、旋涂、液相生长等)在基板和栅电极的顶上形成电介质层。在各种这样的实施例中，如图3b和图4b所示，CNT TFT包含经由PECVD沉积的厚度约为200nm的SiNx/SiO2层。最后，如果需要，可以与这样的电介质材料(包括SiHx、NHx、N2以及氢自由基和离子)联合制造各种原料气体分子。类似的技术和材料可以被用于其它钝化层，包括在图3f中形成的那些刻蚀停止层和在图4f中示出的钝化层。在这些步骤中，可以根据需要选择钝化材料的沉积温度和厚度。 [0088] 不管TFT是ES TFT还是BEC TFT，如图3i和图3j以及图4c所示，所有TFT还需要沉积n+和漏极/源极层。虽然图示出了溅射沉积大约400nm的Mo漏极/源极层以及PECVD沉积薄的(约10nm)n+掺杂层，但是应该理解，可以利用沉积技术和材料的任何合适的组合。例如，漏极/源极电极层可以由任何合适的金属制成，比如Cu、Al、Ag、Mo、Cr、Nd、Ni、Mn、Ti、Ta或W，或者这些金属中的两种或更多种的合金。栅极金属层可以是单层结构或多层结构，并且该多层结构可以是例如Cu\Mo、Ti\Cu\Ti、Mo\Al\Mo等。如图中所示，栅电极的厚度可以类似地是任何合适的尺寸，诸如从10nm到大于100μm，并且在一些实施例中大约为400nm。同样地，虽然用于沉积电极的工艺被列为包括溅射和图案化的步骤，但是应当理解，可以使用许多合适的和标准的工业工艺来在基板顶上图案化和沉积栅电极。除了其它之外，例如，溅射(或物理气相沉积)可以包括电子、电势、刻蚀和化学溅射中的一个或组合。沉积技术可以可替代地包括例如化学(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和/或热蒸发等。 [0089] 类似地，根据实施例，可以将任何合适的n+材料结合到TFT中，n+材料包括例如n+掺杂非晶Si或其它合适的半导体(包括镓的砷化物和磷化物以及镉的碲化物和硫化物)。同样地，合适的等离子体和/或n型掺杂材料可以与这样的半导体一起使用，合适的等离子体和/或n型掺杂材料包括例如磷、砷、锑、铋、锂、铍、锌、铬、锗、镁、锡、锂和钠。并且，如上所述，可以利用任何合适的沉积技术(包括热、物理、等离子体和化学气相沉积技术)来沉积这些材料。一些合适的技术包括例如气溶胶辅助CVD、直接液体注入CVD、微波等离子体辅助CVD、原子层CVD、燃烧化学气相沉积、热丝CVD、混合物理化学气相沉积、快速热CVD、气相外延和光引发CVD。可替代地，对于较薄和更精确的层，原子层沉积可以代替CVD。 [0090] 这样的工艺中的许多步骤还需要图案化和刻蚀材料(参见，例如，3e、3h、3k和4d)。在这样的工艺中，任何合适的图案化和刻蚀技术可以与实施例合并。特别地，许多步骤包含图案化工艺，通过该图案化工艺沉积钝化层并穿过钝化层形成图案。具体地，在许多实施例中，钝化层可以涂覆有任何合适的光致抗蚀剂层。在这样的实施例中，可以通过掩模板对光致抗蚀剂进行曝光和显影以分别形成光致抗蚀剂未保留区域和光致抗蚀剂保留区域。例如，在各种实施例中，未保留区域的光致抗蚀剂可以对应于布置有钝化层的通孔的区域。 [0091] 可以使用任何合适的光学光刻技术，除了其它之外，包括例如浸没式光刻、双色调抗蚀剂和多个图案化电子束光刻、X射线光刻、极紫外光刻、离子投影光刻、极紫外光刻、纳米压印光刻、浸笔式纳米光刻、化学光刻、软光刻和磁光刻。 [0092] 不管使用的具体的技术和光源，这样的光刻技术通常包含数个步骤。在许多实施例中，要图案化的层首先比如通过旋涂涂覆有光致抗蚀剂。在这样的技术中，光致抗蚀剂的粘性液体溶液被分配到晶片上，并且快速地旋转晶片以产生均匀地厚层。旋涂通常以1200至4800rpm运行30至60秒，并且产生0.5至2.5微米厚的层。旋涂工艺产生均匀的薄层，通常具有5至10纳米或更大的均匀性。在各种实施例中，然后可以预烘干(通常在热板上以90至100℃进行30至60秒)涂覆有光致抗蚀剂的材料以驱除过量的光致抗蚀剂溶剂。在通过液体(“湿”)或等离子体(“干”)化学剂来刻蚀该层的未掩盖部分之后，以去除未被光致抗蚀剂保护的区域中的基板的最上层。在不再需要光致抗蚀剂后，然后从基板上去除光致抗蚀剂。可以化学地或通过等离子体或通过加热去除该光致抗蚀剂。 [0093] 虽然公开了具体的沉积和图案化方法以及用于基板、电极、电介质、钝化层等的具体材料以及包括厚度、温度等的具体条件，但是应当理解，可以针对具体的TFT配置和操作参数根据需要调整这些参数中的任何一个，而无需从根本上改变合并了本文中公开的CNT的实施例的原理。 [0094] SWCNT沉积技术 [0095] 转向用于在TFT中沉积CNT层的方法的实施例，在许多实施例中，可以使用包括各种沉积和喷涂方法的各种技术。 [0096] 在许多实施例中，如关于图5a至图5c所描述的，使用诸如空气、气溶胶或超声喷涂之类的喷涂技术与移动台制造线联合对单壁碳纳米管薄膜进行溶液涂覆。如图5a中所示，在许多实施例中，提供了其上装载有基板的移动台，并且可以在期望的工艺温度(例如，从60‑200℃，或由下层材料和CNT材料自身允许的任何温度)下加热移动台和碳纳米管溶液的同时，将碳纳米管溶液喷涂(例如，通过气溶胶或空气喷涂)到合适尺寸(例如，4"‑100")的基板上。在这样的实施例中，可以控制台的移动速度以保持膜厚度和均匀性(例如，1mm/s‑ 1000mm/s)。 [0097] 在其它实施例中，可以使用超声喷涂。如图5b所示，在这样的实施例中，压缩空气流通过抽吸器，该抽吸器造成空气压力的局部降低以允许在正常大气压下从容器抽出碳纳米管溶液。在处理期间，超声喷嘴将碳纳米管溶液雾化成例如直径从几μm至1000μm左右的非常微小的液滴。然后在合适的处理温度(例如，高达400℃)下将微小的液滴沉积到基板上，以使得液滴立即干燥以减轻O型环聚合。在各种实施例中，可以使用100℃的温度。虽然可以使用任何合适的空气压力(取决于材料的粘度)，但是在许多实施例中，取决于溶液粘度和沉积所需的抽吸器的尺寸，压缩的空气气压可以在20psi(1.38bar)至100psi(6.8bar)的范围内。 [0098] 在合并有气溶胶喷涂的实施例中(如图5c所示)，可以使用高压气体(例如，每分钟200‑1000标准立方厘米(sccm))或超声处理(例如，20V‑48V，10‑100瓦特)将碳纳米管溶液雾化以产生1‑5微米的气溶胶，这些气溶胶通过载气(例如10sccm‑30sccm)带到喷头。应当理解，这些处理参数仅是示例性的，并且取决于材料的类型、期望的气溶胶的性质以及要形成的涂层的厚度，可以使用其它沉积性质。 [0099] 图6和图7示出了根据实施例的使用喷枪技术(图6)和使用气溶胶技术(图7)喷涂到基板上的SWCNT的薄膜的图像。在许多实施例中，因此形成的碳纳米管薄膜由通过喷枪喷涂或气溶胶喷涂而生成的乙酸气体进行处理，然后用异丙醇清洗以获得洁净的碳纳米管表面。利用原子力显微镜(AFM)对洁净的碳纳米管表面进行表征。因为玻璃基板的高绝缘性，所以在这样的基板上无法使用扫描电子显微镜对这些样品进行表征。如所示的，图8提供了喷枪喷涂的SWCNT薄膜的AFM图像，并且图9提供了气溶胶喷涂的SWCNT薄膜的AFM图像。该图像提供了沉积工艺的稳健性质的证明，以及沉积SWCNT高质量薄膜涂层的能力。 [0100] 在实施例中，如以上关于图3和图4上面所描述的，根据这样的喷涂工艺形成的碳纳米管薄膜用于替代4‑光掩模光刻工艺中的非晶硅，以按照工业制造标准方法对漏极/源极电极、电介质、顶栅电极和像素电极进行图案化。 [0101] 虽然图3和图4中示出的实施例被示为延伸超过沟道以便减少亚阈值电流泄漏，但是其它实施例可以采用至少一个附加的光掩模来使用光刻对有源碳纳米管薄层进行图案化。在这样的实施例中，可以通过诸如例如O2等离子体或湿法刻蚀之类的合适的刻蚀技术来去除晶体管沟道之外的CNT层。在各种这样的实施例中，洁净的均匀碳纳米管薄膜可以涂覆有光致抗蚀剂(PR)并被光曝光，然后用溶液显影。在这些显影的区域上，使用例如O2等离子体或湿法化学刻蚀(比如缓冲HF溶液)来刻蚀碳纳米管薄膜。然后剥离未显影的PR以留下图案化的碳纳米管薄膜。在图10中提供了提供这样的方法的一个实施例的流程图。应该理解，流程图中列出的任何步骤和技术都可以被替代为如上详细描述的替代选择。 [0102] 在又其它实施例中，为了减少使用额外的光掩模来图案化有源碳纳米管并且减少碳纳米管溶液的消耗，可以在基板顶上印刷SWCNT薄膜。在许多这样的实施例中，可以使用气溶胶喷射印刷机以使用小喷嘴尺寸(例如，＜100μm)来印刷有源碳纳米管薄膜。气溶胶喷射印刷机可以以<2μm的对准精度来沉积<10μm的线宽。为此，气溶胶喷射印刷机在图案化的漏极/源极标记上印刷碳纳米管。在图11中提供了这样的气溶胶印刷装置的图像。图12示出了在印刷SWCNT膜之前的示例性漏极/源极标记的照片和光学图像。图13提供了在漏极/源极标记上印刷的SWCNT薄膜的照片图像和光学图像。如上所述，可以利用气溶胶喷涂或喷枪喷涂的乙酸气体对气溶胶喷射印刷的碳纳米管进行处理，并且接着用异丙醇清洗。然后可以用SEM对这些洁净的碳纳米管薄膜进行表征。根据实施例，SEM图像(图14)显示了漏极/源极标记上的洁净的碳纳米管膜。如图15a‑图15c所示，已经通过Keithly 4200半导体表征系统对洁净的碳纳米管膜进行了表征以示出半导体性质。 [0103] 为了进一步利用由于工艺步骤数量少、材料量有限和高制造量而导致的低成本、低环境影响以及大面积制造的优点，实施例提出了具有高速处理的卷对卷系统的上述气溶胶喷射印刷方法(包括其高精度：1μm‑2μm的对准精度)。利用这样的卷对卷气溶胶喷射印刷机，可以以快速的方式来印刷SWCNT墨水，以在a‑Si TFT底板制造线中进行大量制造。另外，可以使用卷对卷系统大量地制造全印刷SWCNT TFT底板。为了与工业速度匹配，实施例公开了诸如图16所示的安装在移动台上的多个气溶胶喷射印刷机头，该多个气溶胶喷射印刷机头可以用于高速印刷碳纳米管薄膜。在移动台上，这样的多个气溶胶喷射印刷机头可以印刷大量的碳纳米管图案。 [0104] 示例性实施例 [0105] 在下面的示例性实施例中部分地阐述了附加的实施例和特征，并且在阅读本说明书后，这些附加的实施例和特征对于本领域技术人员将部分地变得清楚，或者可以通过本发明的实践而得知。具体的实施例都不是旨在限制说明书和附图的剩余部分的范围，并且它们被提供作为本文中公开的设备、方法和材料的示例。特别地，虽然列举了材料的具体结构和特定组合是，但是应当理解，这些仅被提供作为示例，并且可以替代任何合适的可替代的架构和材料。 [0106] 示例1：常规a‑Si TFT和CNT TFT技术的比较 [0107] 在图17中提供了用于在制造线上制造非晶硅TFT底板的示例性方法的流程图。如该方法所示，通过等离子体增强化学气相沉积在大面积上沉积非晶硅，并且然后按照其它常规制造步骤来制造其它设备。在实施例中，可以用CNT替代非晶硅。可以根据之前描述的技术来沉积和/或印刷这样的CNT膜。使用根据实施例的这样的洁净的碳纳米管薄膜，如图18和/或图19所述，可以使用标准工业制造方法进一步图案化漏极/源极电极、电介质、顶栅电极和像素电极。 [0108] 示例3：SWCNT TFT [0109] 使用上述技术，例如如图20所示，可以形成单壁碳纳米管薄膜晶体管。 [0110] 示例2：显示器 [0111] 最后，虽然以上示例性实施例和讨论集中于用于单独设备和底板的方法、架构和结构，但是将理解相同的架构和结构可以作为像素被组合到显示设备中。在这样的实施例中，如本领域技术人员所已知的，如本文中所述的多个SWCNT TFT可以被组合和互连，诸如通过将设备电耦接到寻址电极线中以形成用于诸如AMOLED显示器之类的显示器的TFT底板。 [0112] 等同原则 [0113] 已描述了数个实施例，本领域技术人员将认识到在不脱离本发明的精神的情况下，可以使用各种修改、可替代的构造和等同物。另外，没有描述许多已知的工艺和原理以便避免不必要地模糊本发明。因此，以上描述不应被视为限制了本发明的范围。 [0114] 本领域技术人员将理解，目前公开的实施例是通过示例而不是限制性来教导的。因此，在以上描述中包含的或附图中示出的内容应被理解为是例示性的而不是限制意义。 所附权利要求旨在覆盖本文中所述的所有一般和特定特征，以及在语言上，本方法和系统的范围的所有陈述可以据说是介于两者之间。 |
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