一种混合平面-体异质结光敏有机场效应管的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种混合平面-体异质结光敏有机场效应管，其特征是它由衬底、栅极、栅介质、有机载流子输运层、有机体异质结光敏层、源极和漏极组成，有机载流子输运层一面与栅介质相连，而另一面与有机体异质结光敏层相连，形成混合平面一体异质结；有机体异质结光敏层一面与有机载流子输运层相连，并与其形成混合平面一体异质结，另一面与源极和漏极相连；栅介质、源极和漏极可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触或顶栅顶接触的结构。
【专利说明】ー种混合平面-体异质结光敏有机场效应管
【技术领域】
[0001]本发明涉及ー种光敏有机场效应管制造方法，属于固体电子器件【技术领域】。
【背景技术】
[0002]与光敏无机场效应管相比，光敏有机场效应管(photosensitive organicfield-effect transistor, photOFET)具有光响应度高,可以大面积低成本制造以及制造过程环境友好等优点。通常，光敏有机场效应管由衬底、栅极、栅介质、有机光敏层、源极和漏极组成。根据这几部分相对位置的不同，光敏有机场效应晶体管可以采用顶栅顶接触，顶栅底接触，底栅顶接触，底栅底接触四种结构，其中“接触”指的是源极和漏极与有源层之间的电连接。在底栅底接触结构中，源漏电极在绝缘层与有机半导体之间，可以通过传统的光刻エ艺图形化源漏电极，因此器件沟道长度可以做到Ium以下。在底栅顶接触结构中，半导体层淀积在绝缘层之上，在半导体层上面再制备金属电极形成源漏接触，顶接触结构的器件由于电极与有机层接触良好，因此其性能通常比底接触结构的好。在顶栅底接触和顶栅顶接触中，器件栅电极是最后淀积上去的，从而有机半导体层被衬底和绝缘层以及电极包裹，器件在空气中稳定性较好。有机光敏层多采用纯净有机光敏材料、施体ー受体平面异质结和体异质结。
[0003]大部分有机半导体材料属于单载流子传输型，即它对一种载流子的迁移率远远大于对另一种载流子的迁移率。通常电子迁移率远远大于空穴迁移率的材料称为电子传输型材料，简称n-型材料，而空穴迁移率远远大于电子迁移率的材料称为空穴传输型材料，简称P-型材料。在有机半导体中，电子在最低未占据轨道(lowest unoccupied molecularorbital) - (LUMO)上传输，而空穴在最高已占据轨道(highest occupied molecularorbital)-(HOMO)上传输。ー些LUMO能级较高的p-型有机光敏材料分子，如酞菁铜，与一些LUMO能级较低的n-型有机材料分子，如C60接触时，在光照下会产生分子间的电子转移，即光生的P-型分子激子会把一个电子转移给与之相邻的n-型分子。释放电子的分子称为施体，而接收电子的分子称为受体。常规结构photOFET的有机光敏层通常采用纯净的p-型或n-型光敏材料、施体-受体平面异质结，或施体-受体体异质结(施体分子与受体分子的混合物)。正是由于这种分子间的电荷转移，使得施体ー受体平面和体异质结具有很高的激子离解效率。
[0004]光敏有机场效应管在光照下进行的两个重要的物理过程是光生载流子产生和光生载流子传输。前者要求有机光敏层具有高的吸收系数，而后者则要求有机光敏层具有高的载流子迁移率。因此常规结构的photOFET要求其有机光敏层兼具高的光吸收系数和高的载流子迁移率。由于大部分有机光敏材料的迁移率较低，而迁移率高的有机材料光吸收系数则大多不高。因此，常规结构的光敏有机场效应管的性能的提高受到极大限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服常规结构光敏有机场效应管对材料选择的限制，提出ー种基于混合平面-体异质结(hybrid planar-bulk heterojunction)-(HPBHJ)的光敏有机场效应管，称为混合平面-体异质结光敏有机场效应管(HPBHJ-photOFET)。混合平面-体异质结由一个高迁移率的有机载流子输运层和ー个高光敏性的施体一受体有机体异质结光敏层组成。
[0006]本发明的目的是这样实现的:有机体异质光敏结层实现产生光生载流子的功能，只要求其具有高的光敏性和光生激子离解效率，而不要求其具有高的迁移率。有机载流子输运层采用高迁移率有机半导体，实现光生载流子的输运功能，只要求其具有高的迁移率，而不要求其具有高的光敏性。依据上述技术思路发明的混合平面-体异质结光敏有机场效应管包括衬底、栅极、栅介质、有机载流子输运层，有机体异质结光敏层，漏极和源极。本发明的有机载流子输运层一面与栅介质相连，而另一面与有机体异质结光敏层相连，形成混合平面一体异质结；本发明的有机体异质结光敏层一面与有机载流子输运层相连，并与其形成混合平面一体异质结，另一面与源极和漏极相连。本发明可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触或顶栅顶接触的结构。本发明极大地扩大了有机材料的选择范围。一方面提高了光生载流子的产生效率，另ー方面提高了有机光敏半导体沟道的载流子迁移率。因此本发明能有效提闻光敏有机场效应管的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是底栅顶接触常规结构光敏有机场效应管结构示意图；
[0008]图2是底栅顶接触混合平面-体异质结光敏有机场效应管结构示意图；
【具体实施方式】
[0009]Wn+-Si / SiO2为栅极/栅介质,并兼作衬底,酞菁铜(copper phthalocyanine,CuPc)为有机载流子输运层,酞菁IE (palladium phthalocyanine, PdPc):C60 (1:1)作为有机体异质结光敏层为例，本发明的制备过程如下:
[0010]a)用标准エ艺清洗n+-Si / SiO2衬底；
[0011]b)用真空蒸发方法在n+-Si / SiO2上制备ー层酞菁铜薄膜；
[0012]c)用真空蒸发方法在酞菁铜薄膜上制备PdPc:C60 (I: I)的体异质结薄膜。沟道长度和源、漏电极面积通过掩膜板限定。
[0013]d、)用真空蒸发方法制备高功函数金属Au作为漏极和源扱。
[0014]上述描述是用于实现本发明及其实施例。本领域普通技术人员可以根据实际情况确定多种实现方式，因此，本发明的范围不该由该描述来限定。本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均属于本发明权利要求限定的范围。
【权利要求】
1.ー种混合平面-体异质结光敏有机场效应管，其特征是它由衬底、栅极、栅介质、有机载流子输运层、有机体异质结光敏层、源极和漏极组成，有机载流子输运层一面与栅介质相连，而另一面与有机体异质结光敏层相连，形成混合平面一体异质结；有机体异质结光敏层一面与有机载流子输运层相连，并与其形成混合平面一体异质结，另一面与源极和漏极相连；栅介质、源极和漏极可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触或顶栅顶接触的结构。
【文档编号】H01L51/42GK203434207SQ201320060399
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2013年2月1日
【发明者】彭应全, 吕文理, 罗消 申请人:兰州大学