专利名称：一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管及制备方法
技术领域：
本发明属于有机电子器件技术领域中的有机场效应晶体管，特别是一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管及制备方法。
背景技术：
近年来，有机聚合物半导体材料被认为是有机场效应晶体管中最有前途的材料之一。与传统的硅基场效应晶体管相比，有机场效应晶体管有很多优势。例如，工艺生产条件简单、应用广泛、可与柔性衬底兼容及生产成本低廉等。除此之外，有机场效应晶体管还可用于描述载流子传输特性，这是理解有机半导体材料中电子传输过程的基本参量。70年代开始，有机半导体材料受到关注。但是由于只有极少数人对这方面进行报道，而且知道这是一种迁移率很低的材料。大致是在80年代初，人们开始了不论是高分子或是小分子体系的有机场效应晶体管研究。1986年Tsumura等人首次以聚噻吩为半导体材料制备了有机场效应晶体管，所得到的器件迁移率仅有10_5cm7Vs，开关比也只在IO2-IO3 范围内，由于当时的有机场效应晶体管的器件性能较差，也没有引起人们的广泛关注。但是这为有机场效应晶体管奠定了基础。1994年，Garnier等人制备了全聚合物的有机场效应晶体管，迁移率达到了 0. 06 cm2/Vs ；此后，Haddon等人在高真空条件下，用半导体材料C6tl 制备了迁移率为0.08 cm2/Vs、开关比高达IO6的有机场效应晶体管；无论是ρ型半导体材料还是η型半导体材料都得到了前所未有的发展，为有机集成电路的实现奠定了基础。1997 年，Lin等人制备了性能超过无定形硅晶体管的有机场效应晶体管，他们所采用的有机半导体材料是并五苯，其载流子迁移率为1. 5cm7Vs、开关比高达108。这一实验结果的出现，使无定形硅晶体管受到了严峻的挑战。这是因为有机场效应晶体管大大降低了生产成本及实验设备条件。这就使得有机场效应晶体管的应用前景变得更加广阔。到现在为止，有机场效应晶体管的器件特性虽然已经有了很大的进步，但是仍存在问题，目前，各研究小组主要从以下两个方面入手1)改善有源层表面形貌，提高载流子迁移率；2)制备新型有机材料，控制薄膜微观结构的有序性将有利于载流子的传输，进而提高载流子迁移率和器件整体性能。
发明内容
本发明的目的是针对现有有机场效应晶体管的载流子迁移率较低的问题，提供了一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管及制备方法，该方法可以提高载流子迁移率和形成表面平整的有源层，从而显著地提高了有机场效应晶体管器件的载流子迁移率和器件的整体性能。本发明的技术方案
一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，包括Si衬底、SiO2绝缘层、具有交联结构有源层和金属源漏电极层并依次构成叠加结构，具有交联结构的有源层为通过在有源层中加入交联剂的方法形成，交联剂与构成有源层的导电共轭聚合物3-己基聚噻吩(P3HT)的侧链交联。所述Si衬底为η型重掺杂且电阻率<0. 05 Ω · m的Si衬底。所述SiA绝缘层的厚度为300nm。所述金属源漏电极层为Au。一种所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤
1)将硅片背面用氢氟酸溶液腐蚀，然后分别用异丙醇、丙酮和氯仿溶液超声清洗，每次超声5分钟，干燥后待用；
2)通过热生长方式生长SW2绝缘层，然后分别用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗SiA 表面，每次超声5分钟，烘干后待用；
3)在惰性气体保护下，在SW2表面旋涂含有交联剂的P3HT溶液，在温度为120°C下干燥2小时，形成具有交联结构有源层；
4)采用掩膜的方法，通过真空蒸镀将金属源漏电极层沉积在有源层上。所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为40%。所述惰性气体为氩气。所述含有交联剂的P3HT溶液包括P3HT、交联剂和溶剂，交联剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)或过氧化二叔丁烷(DTBP)；溶剂为甲苯、邻二氯苯、 1，2，4-三氯苯或氯仿；P3HT与交联剂的质量百分比为0. 1-0. 9% ；溶剂与P3HT的用量比为 2 mg /mL0本发明的优点和积极效果本发明提供了一种在有源层中加入交联剂的方法形成具有交联结构的有源层，通过构筑表面平滑的载流子传输路径，可以降低薄膜表面的粗糙度，有利于载流子的传输。该方法可以提高载流子迁移率和形成表面平整的有源层，从而显著地提高了有机场效应晶体管器件的载流子迁移率和器件的整体性能。
附图为具有交联结构有源层的有机场效应晶体管结构示意图。
具体实施例方式实施例1
一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，如附图所示，包括Si衬底、SiO2绝缘层、具有交联结构有源层和金属源漏电极层并依次构成叠加结构，Si衬底为η型重掺杂且电阻率<0. 05 Ω · m的Si衬底；SW2绝缘层的厚度为300nm ；
有源层为导电共轭聚合物3-己基聚噻吩(P3HT)，具有交联结构的有源层为通过在有源层中加入交联剂的方法形成，交联剂与构成有源层的导电共轭聚合物P3HT的侧链交联； 金属源漏电极层为Au。该具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，步骤如下
1)将2mmX2mm的硅片背面用质量百分比浓度为40%的氢氟酸溶液腐蚀，然后分别用异丙醇、丙酮和氯仿溶液超声清洗，每次超声5分钟，最后在红外烘箱中干燥待用；
2)通过热生长方式生长厚度为300nm的SW2绝缘层，然后分别用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗S^2表面，每次超声5分钟，烘干后待用；3)在氩气保护下，在SiA表面旋涂含有交联剂的P3HT溶液，含有交联剂的P3HT溶液包括P3HT、交联剂和溶剂，交联剂为过氧化二叔丁烷(DTBP)，溶剂为甲苯，P3HT与交联剂的质量百分比为0. 5%，溶剂与P3HT的用量比为2 mg /mL，在温度为120°C下干燥2小时，形成具有交联结构有源层；
4)采用掩膜的方法，通过真空蒸镀将50nm厚的Au源漏电极层沉积在有源层上，制得有机场效应晶体管。对比检测分析
在同样的条件下，制备不加交联剂的P3HT有机场效应晶体管器件。对两种器件样品分别进行测试。测试结果显示交联剂的加入有利于有机场效应晶体管器件性能的提高。纯P3HT的OFETs的输出电流(Hds)是0. 16A，开关比(I。n/ 。ff)在IO2数量级上，阈值电压(Vt)是18V，饱和区的载流子迁移率(
ρ<0ΛΩ cm )为0.005 cm2/Vs，而加入了 O. 5wt%交联剂的器件性能提高了很多。输出
电流(-Ids)增加到0.66A，开关比(I。n/。ff)达到了 3X105数量级，阈值电压(Vt)为-40V，载流子迁移率上升到0. 12cm7Vs。输出电流(-Ids)提高了 4倍，开关比(I。n/。ff)增大了 1000 倍，载流子迁移率提高了 M倍。很明显，器件性能的提高与DTBP的加入有很大关系。实施例2
一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，结构同实施例1。该具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，步骤如下
1)将2mmX2mm的硅片背面用质量百分比浓度为40%的氢氟酸溶液腐蚀，然后分别用异丙醇、丙酮和氯仿溶液超声清洗，每次超声5分钟，最后在红外烘箱中干燥待用；
2)通过热生长方式生长厚度为300nm的SW2绝缘层，然后分别用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗S^2表面，每次超声5分钟，烘干后待用；
3)在氩气保护下，在SW2表面旋涂含有交联剂的P3HT溶液，含有交联剂的P3HT溶液包括P3HT、交联剂和溶剂，交联剂为偶氮二异丁腈(AIBN)，溶剂为邻二氯苯，P3HT与交联剂的质量百分比为0. 4%，溶剂与P3HT的用量比为2 mg /mL，在温度为120°C下干燥2小时，形成具有交联结构有源层；
4)采用掩膜的方法，通过真空蒸镀将50nm厚的Au源漏电极层沉积在有源层上，制得有机场效应晶体管。对比检测分析
在同样的条件下，制备不加交联剂的P3HT有机场效应晶体管器件以及交联剂分别为过氧化二苯甲酰(BPO)和过氧化二叔丁烷(DTBP)的P3HT有机场效应晶体管器件(OFETs)。 对四种器件样品分别进行测试。测试结果表明加入交联剂偶氮二异丁腈(AIBN)的P3HT制备的OFETs的输出电流(_IDS)为0. 5μΑ，加入交联剂过氧化二叔丁烷(DTBP)的Ρ3ΗΤ制备的OFETs的输出电流 (-Ids)达到了近0. 79μΑ，而加入过氧化二苯甲酰(BPO)的OFETs的输出电流(_IDS)则小于纯Ρ3ΗΤ的输出电流；另外加入交联剂过氧化二叔丁烷(DTBP)的OFETs开关比(Iwtjff)在 IO5数量级上，而加入另外两种交联剂的器件的开关比(I。n/。ff)在IO3左右，表明加入DTBP 的载流子迁移最高。
权利要求
1.. 一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，其特征在于包括Si衬底、SiO2 绝缘层、具有交联结构有源层和金属源漏电极层并依次构成叠加结构，具有交联结构的有源层为通过在有源层中加入交联剂的方法形成，交联剂与构成有源层的导电共轭聚合物 3-己基聚噻吩(P3HT)的侧链交联。
2.根据权利要求1所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，其特征在于所述 Si衬底为η型重掺杂且电阻率<0. 05 Ω · m的Si衬底。
3.根据权利要求1所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，其特征在于所述 SiO2绝缘层的厚度为300nm。
4.根据权利要求1所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，其特征在于所述金属源漏电极层为Au。
5.一种如权利要求1所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将硅片背面用氢氟酸溶液腐蚀，然后分别用异丙醇、丙酮和氯仿溶液超声清洗，每次超声5分钟，干燥后待用；2)通过热生长方式生长SW2绝缘层，然后分别用丙酮、异丙醇、去离子水超声清洗SiA 表面，每次超声5分钟，烘干后待用；3)在惰性气体保护下，在SW2表面旋涂含有交联剂的P3HT溶液，在温度为120°C下干燥2小时，形成具有交联结构有源层；4)采用掩膜的方法，通过真空蒸镀将金属源漏电极层沉积在有源层上。
6.根据权利要求5所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于所述氢氟酸溶液的质量百分比浓度为40%。
7.根据权利要求5所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于所述惰性气体为氩气。
8.根据权利要求5所述具有交联结构有源层的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于所述含有交联剂的P3HT溶液包括P3HT、交联剂和溶剂，交联剂为偶氮二异丁腈 (AIBN)、过氧化二苯甲酰或过氧化二叔丁烷；溶剂为甲苯、邻二氯苯、1，2，4-三氯苯或氯仿；P3HT与交联剂的质量百分比为0. 1-0. 9% ；溶剂与P3HT的用量比为2 mg /mL。
全文摘要
一种具有交联结构有源层的有机场效应晶体管，包括Si衬底、SiO2绝缘层、具有交联结构有源层和金属源漏电极层并依次构成叠加结构，具有交联结构的有源层为通过在有源层中加入交联剂的方法形成且交联剂与构成有源层的导电共轭聚合物P3HT的侧链交联；其制备方法是将硅片背面用氢氟酸腐蚀并清洗干燥，通过热生长方式生长SiO2绝缘层并清洗烘干，在SiO2表面旋涂含有交联剂的P3HT溶液并形成具有交联结构有源层，采用掩膜的方法，通过真空蒸镀将金属源漏电极层沉积在有源层上。本发明的优点是该方法可以提高载流子迁移率和形成表面平整的有源层，从而显著地提高了有机场效应晶体管器件的载流子迁移率和器件的整体性能。
文档编号H01L51/05GK102222769SQ20111017395
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者印寿根, 吴晓明, 姜春霞, 杨利营, 王亚凌 申请人:天津理工大学