一种应用于柔性显示领域的OFET器件的制作方法

本发明涉及具有柔性衬底/绝缘层/栅电极/有机层/源漏电极的有机场效应晶体管（ofet），尤其涉及柔性显示领域（柔性存储、柔性有机集成电路、柔性传感器阵列、柔性射频标签等）中使用的有机场效应晶体管（ofet）结构设计。本发明还涉及不同沟道宽长比源漏电极掩膜板的设计。

背景技术：

据国际知名有机电子资询机构idtechex计算，有机电子器件在未来20年里，有可能占据3000亿美元的市场份额，成为一个庞大的商业领域。有机功能柔性电路最少有几百亿美元的市场容量，并且还在不断增长。基于有机场效应晶体管（ofet）的诸多优势和广泛应用，将有机场效应晶体管（ofet）与柔性衬底相结合迫在眉睫。有机场效应晶体管（ofet）有质量轻、易弯曲、成本低、可在低温下处理和可以实现辊接辊制备的优势，使其与柔性衬底的结合得以实现，可以制备各种柔性器件和电路。因此，有机场效应晶体管（ofet）在低成本、大面积、柔性电路中具有非常光明的应用前景。尤其是柔性全有机薄膜场效应晶体管，将是柔性点阵显示驱动中最主要的电子器件之一。相信在不久的将来，柔性有机场效应晶体管（ofet）将走出实验室，实现大规模产业化，在低成本、大面积柔性显示、柔性集成电路、柔性射频标签和柔性传感器等领域大显身手，其前景非常广阔。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了提供一种能应用于柔性显示领域的有机场效应晶体管（ofet）结构设计，分子的轨道重叠越多，越有利于载流子的传输，-作用较强的层状堆积有机半导体材料有较高的载流子传输速率，但是价格昂贵。本发明采用性价比较高有机小分子材料并五苯（pentacene）作为有机层，为了提高载流子传输效率，加入高载流子移动率有机材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc），通过一定工艺形成体异质结。为了避免体异质结内大量的施体/受体界面对载流子传输的影响，制备过程中有机小分子材料并五苯（pentacene）与有机材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc）交替生长，形成超晶格结构。自制不同沟道宽长比的源漏电极掩膜板，在相同的工艺条件下，同时制备9个有机场效应晶体管（ofet），选择最优化的沟道宽长比，进一步提高载流子的传输速率，达到商用标准1cm2/（v.s）。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种应用于柔性显示领域的有机场效应晶体管（ofet），包括：

作为柔性衬底的透明聚合物pet,

在pet上蒸镀铝作为栅电极，

旋涂聚甲基丙烯酸甲酯（pmma溶液）作为介电层，

蒸镀有机小分子材料并五苯（pentacene）及有机材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc）作为有机层，

最后蒸镀金属金（au）作为源漏电极。

所述的柔性衬底聚对苯二甲酸乙二醇酯pet，尺寸是30mm*30mm。

作为栅电极的铝薄膜的厚度为60-100nm。

所述的绝缘层厚度200-800nm，材质为聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）。

所述有机层厚度50-100nm，材质为有机小分子材料并五苯（pentacene）及有机材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc）。

作为源漏电极的金属金薄膜的厚度为60-100nm,源漏电极间距20-200um。

一种应用于柔性显示领域的有机场效应晶体管（ofet）的制备方法，采用如下步骤：

a)柔性衬底pet处理：使用无尘布加丙酮擦拭基片，用洗洁精超声15分钟，用丙酮超声15分钟，用去离子水超声15分钟，用乙丙醇超声15分钟，用纯氮气烘干；

b)将pet衬底放在样品架上，放入有机光电子器件超高真空制备系统（qx-500），辉光处理5-10min；

c)在真空度不低于10-4pa的真空环境下将al热蒸镀到pet上形成栅电极；

d)用甲醛溶液溶解聚甲基丙烯酸甲酯（pmma），配置好的溶液旋涂在al栅电极上；

e)在真空度不低于10-4pa的真空环境下以10nm/（1-2）nm的比例交替蒸镀有机小分子材料并五苯（pentacene）及有机材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc），形成体异质结；

f)在真空度不低于10-4pa的真空环境下将au热蒸镀到有机层上形成源漏电极，得到有机场效应晶体管（ofet）。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.有机层引入空穴传输层材料（tapc），进一步提高载流子的传输效率，为了避免体异质结内大量的施体/受体界面对载流子传输的影响，制备过程中有机小分子材料并五苯（pentacene）及有机材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc）交替生长，形成超晶格结构，使得场效应迁移率达到商用标准(大于无定型硅迁移率1cm2/（v.s）)。

2.自制不同沟道宽长比的源漏电极掩膜板，在相同的工艺条件下，同时制备9个有机场效应晶体管（ofet），研究器件性能最优的沟道宽长比,进一步提高场效应迁移率。

3.本技术制备工艺简单，成本低廉，便于大规模商用推广。

附图说明

图1本发明设计的ofet结构。

图2本发明设计的ofet器件源漏电极掩膜板整体结构图，它包含9个子掩膜板。

图3本发明设计的ofet器件源漏电极子掩膜板结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明进行详细说明。

实施例1

结合图1有机场效应晶体管（ofet）制备

a)衬底处理：柔性衬底pet分子式coc6h4cooch2ch2o，熔点250-255°c。由于具有透明度高、成本低和传输性好等优点，成为当前广泛研究的柔性材料。处理具体步骤：使用无尘布加丙酮擦拭基片去除粉尘，用洗洁精（洗洁精3-4滴加去离子水）超声15分钟清洗大颗粒、油污等，用丙酮超声15分钟清洗小颗粒，用去离子水超声15分钟，用乙丙醇超声15分钟（乙丙醇易挥发易干燥），用纯氮气烘干；将pet衬底放在样品架上，放入有机光电子器件超高真空制备系统（qx-500），当预处理室真空度低于10-1pa时，辉光处理5-10min，辉光放电时气体分子激发活化并吸向电极至基材的表面产生物理化学反应，使基材表面活化，增加粘结力。辉光处理条件：氧流量116sccm、电压580v、占空比80%、频率50khz、时间8min。

b)栅电极制备：栅电极材料铝al，熔点低，导电性能好，价格便宜，当无机腔真空度低于10-4pa时，开始蒸镀。对金属源加电流，即对钨丝加热，当电流达到35a时，al丝开始融化，为了保证器件的柔性，金属al膜厚度不超过100nm，实验过程中蒸了2300个点，金属al膜厚度100nm。

c)介电层制备：绝缘层材料聚甲基丙烯酸甲酯（pmma），其分子式[ch3ch2cooch3]-n，介电常数3.5，透光率可达90%~92%，可以很好的溶解在多种有机溶剂中，如甲苯、乙酸乙酯、乙苯、苯酚，苯甲醚等溶剂，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。本实验选用的溶剂为高纯度甲苯溶液，聚甲基丙烯酸甲酯颗粒经过一段时间低温加热能够充分溶解在其中，实验配置浓度比为50mg/ml的pmma-甲苯溶液，在不同旋涂速率情况下旋涂15分钟，测试pmma薄膜厚度及有机场效应晶体管（ofet）的电学参数，实验结果显示最佳的pmma薄膜厚度在300nm-500nm左右，具有良好的介电性能。

d)有机层制备：有机层采用有机小分子材料并五苯(pentacene)，其分子式c22h14，分子的最高占据轨道（homo）能级为-5.14ev,能带间隙（eg）为1.77ev,是性价比较高的有机半导体材料，采取的是鱼骨状堆积方式，分子的轨道重叠不多，载流子传输能力不是-作用较强的堆积方式。为了便于大规模生产，本次实验没有选取价格较为昂贵的-作用较强的层状堆积有机半导体材料，而是用体异质结结构，引入空穴传输层材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺]（tapc），其分子式c46h46n2,tapc中载流子的移动率达1.0×10-2cm2/（v.s），是目前所报道空穴传送材料中载流子移动率最高的有机半导体材料，在真空度不低于10-4pa的真空环境下以10nm/1nm的比例交替蒸镀有机小分子材料并五苯（pentacene）及空穴传送材料环已基二[n,n(4-甲基苯基)苯胺](tapc)，形成超晶格结构，提高载流子传输能力，有机层总的厚度70nm。并五苯(pentacene)熔点（280-300°c），每次蒸镀150个点，蒸镀6层，tapc熔点（120-140°c），每次蒸镀18个点，蒸镀5层。

e)源漏电极制备：源漏电极材料金au，熔点1063°c，au的功函数-5.1ev,与有机小分子材料并五苯homo能级-5.14ev接近，形成低势垒空穴注入，有利于空穴的注入，提高器件载流子传输能力，当无机腔真空度低于10-4pa时，开始蒸镀。金熔点较高，实验过程中采用的金水，加热融化后有较强的附着能力，为了保证器件的器件的柔性，实验中金薄膜厚度100nm。

制备得到的有机场效应晶体管（ofet），迁移率可达1cm2/（v.s）。

实施例2

介电层聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）溶液制备，实验采用的溶剂是纯度为40%的甲醛溶液，甲醛化学式hcho,熔点-92°c，液体密度0.815g/cm3，配制出浓度比为30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml、60mg/ml的pmma-甲苯溶液，为了让pmma白色粉末充分溶解，溶液放入sx-5-12型箱式电磁炉控制箱恒温（60°c-80°c）加热30in，然后以不同的旋涂速率2000r/min、3000r/min、4000r/min、5000r/min、6000r/min旋涂15分钟，根据测试的薄膜厚度跟器件电学参数，确定最终使用的溶液浓度为50mg/ml。

实施例3

定制不同沟道宽长源漏电极淹膜板，结合图2，图3电极掩膜板结构图，图2是掩膜板整体结构图，掩膜板总面积170mm×170mm，有9个30mm×30mm子掩膜构成。每个子掩膜结构设计如图3，每个子掩膜有4组完全相同的源漏电极结构，9个子掩膜沟道尺寸都不相同，沟道宽度1000um-2000um，长度50um-200um，图3所示沟道宽度2000um，长度200um，源漏电极面积为4000um×4000um+（4000um-l/2）×w。在器件其它工艺条件完全相同的情况下，同时制备9个不同沟道宽长比的有机场效应晶体管（ofet），选择最优化的沟道宽长比，进一步提高载流子的传输能力。