一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，属于微电子有机器件领域。现阶段水平结构的双极型有机场效应管载流子迁移率不理想，远达不到现代集成电路工艺要求。本发明提出一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，通过光刻法形成纵向叠加N型有源层与P型有源层的结构，由衬底、栅电极、栅介质层、有源层、源漏电极组成并依次叠加。该结构增加了N型与P型有源层的交界面，增大了界面处激子的离解率，因而增大载流子迁移率。一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管可为制备高性能的双极型场效应管提供一种全新思路，对有机分立器件的发展或许有重大影响。
【专利说明】一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管 【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子有机器件领域，特别涉及一种纵向叠层结构的双极型有机场效 应管。 【【背景技术】】
[0002] 有机场效应管（0FET)具有一系列优点：可制成大面积器件、材料众多易于调节性 能、制备工艺简单、成本低、良好的柔韧性等。近年来，高性能、多功能0FET的出现，使0FET 的研究取得了突破性进展。0FET的研究是为实现全有机电路打下基础，故双极型有机场效 应管（A0FET)的研究就显得更加紧急迫切。A0FET即单一器件中同时存在电子和空穴沟道， A0FET主要分为单层双极型材料、平面异质结（PHJ)和体异质结（BHJ)三种结构。综合考 虑双极性实现难易程度和工艺制备难易程度，PHJ结构在制备双极型0FET时更具优势。虽 然目前平面异质结结构的双极型有机场效应管（PA0FET)具有N型和P型场效应管的特性， 但是场效应管特性，尤其是载流子迁移率，很不理想。现代集成电路工艺要求场效应管特性 好，尤其是载流子迁移率高的CMOS结构，而目前的PA0FET远达不到集成电路应用的要求。 PA0FET中的载流子是N型与P型有源层交界面处激子离解产生的电子和空穴，因而，提高N 型与P型有源层交界面处激子的离解率是提高PA0FET中载流子迁移率的有效途径。目前 报道的PA0FET大多是水平结构的N型与P型有源层叠加，这种结构不能保证N型与P型有 源层交界面处激子的充分离解，导致了载流子迁移率不高。本发明采用纵向叠层结构，增加 了 N型与P型有源层的交界面，因而增大了界面处激子的离解率，增大了载流子迁移率。载 流子迁移率高的PA0FET对现代集成电路工艺有着不可估量的意义。 【
【发明内容】
】
[0003] 本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种纵向叠层结构的双极型有机场效 应管。一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其N型有源层与P型有源层纵向叠加，以 增加 N型与P型有源层的交界面，增大界面处激子的离解率，增大载流子迁移率。
[0004] 本发明的技术方案：
[0005] -种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其有源层为N型有源层与P型有源层 纵向叠加，由衬底、栅电极、栅介质层、有源层、源漏电极组成并依次叠加。
[0006] -种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，制备步骤如下：
[0007] 1)将衬底分别用丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗后放入手套箱中干燥1小时， 以清洗干净衬底表面；
[0008] 2)根据衬底材料不同，制备相应的栅电极；
[0009] 3)根据栅电极的不同，制备相应的栅介质层；
[0010] 4)用光刻法在栅介质层上逐一刻蚀出P型和N型有源层；
[0011] 5)在有源层上利用掩膜法蒸发一定厚度的源漏电极；
[0012] 本发明的技术分析：
[0013] -种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，通过光刻法形成纵向叠加 N型有源层 与P型有源层的结构，这种结构增加 N型与P型有源层的交界面，增大界面处激子的离解 率，从而增大载流子迁移率。
[0014] 本发明的优点和有益效果：
[0015] -种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，能够获得较高的载流子迁移率。本发 明具体实施例中采用纵向叠层结构使得有机场效应管的电子迁移率达到5. 00m2/Vs，空穴 迁移率达到1. 〇5m2/Vs。相比起水平结构的双极型有机场效应管，一种纵向叠层结构的双极 型有机场效应管可为制备高性能的双极型场效应管提供一种全新思路，对有机分立器件的 发展或许有重大影响。 【【附图说明】】
[0016] 附图为一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管结构7K意图
[0017] 图中：①重掺杂硅片；②Si02栅介质层；③P型有源层并五苯；④N型有源层C60 ; ⑤Ag源电极：⑥Ag漏电极。 【【具体实施方式】】
[0018] -种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其制备步骤如下：
[0019] 1)将重掺杂硅片分别用丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗30分钟后放入手套箱 中干燥1小时，以清洗干净重掺杂娃片表面；
[0020] 2)将上述重掺杂硅片置于紫外/臭氧环境中120分钟，获得Si02栅介质层；
[0021] 3)在Si02#介质层上涂正光刻胶，经过前烘、曝光、显影、坚膜工艺后，光刻得到 ③，其沟道长度为200nm ;再用掩膜法在重掺杂硅片上蒸镀30nm厚的并五苯有源层，控制蒸 发速率为0. lA/s、真空度为1 X 10 4Pa ;蒸镀好之后去胶；
[0022] 4)重复步骤3)，光刻得到④，且沟道长度也为200nm ;再用掩膜法在重掺杂硅片上 蒸镀30nm厚的C60有源层，控制蒸发速率为2A/s、真空度为1 X 10 4Pa ;蒸镀好之后去胶；
[0023] 5)在蒸锻好的纵向叠层有源层上，用长600nm、宽为1000 μ m的掩膜板，以2A/s的 速率蒸镀60nm厚的Ag作为源、漏电极，真空度为1 X 10 4Pa。
[0024] -种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，所用光刻机为四川南光H94-25C型4" 单面光刻机，所用真空镀膜设备为JZZF&DZS-500,器件的电学特性由Agilent B1500A半导 体器件分析仪测量，所有测量过程均在真空腔室中进行。实验结果表明：纵向叠层结构的双 极型有机场效应管表现出了较高的载流子迁移率。该器件电子迁移率达到5. 00m2/Vs，空穴 迁移率达到1. 05m2/Vs。比起水平结构的双极型有机场效应管，一种纵向叠层结构的双极型 有机场效应管电子和空穴的迁移率均有显著提高。
【主权项】
1. 一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，由衬底、栅电极、栅介质层、有源层、源漏 电极组成并依次叠加。其特征在于：通过光刻法形成纵向叠加 N型有源层与P型有源层的 结构。2. 根据权利要求1所述的一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其特征在于：本 发明根据本实施例所用并五苯有源层载流子迁移率小于C60有源层迁移率，故P型有源层 比N型有源层多一层，还应包括P型有源层载流子迁移率大于N型有源层迁移率时，P型有 源层比N型有源层少一层的情况。3. 根据权利要求1所述的一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其特征在于：所 述的衬底为重掺杂硅片，本发明只是列举了一种衬底材料，还应包括ITO玻璃、柔性衬底， 如聚酰亚胺衬底。4. 根据权利要求1所述的一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其特征在于：所 述的栅介质为SiO2，本发明只是列举了一种可能的栅介质，还应包括AlOx等无机栅介质和 PVA等有机極介质。5. 根据权利要求1所述的一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其特征在于：所 述的P型有源层为并五苯层，本发明只是列举了 P型材料的一种，还应包括酞菁类有机物等 P型有机材料。6. 根据权利要求1所述的一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其特征在于：所 述的N型有源层为C60,本发明只是列举了 N型材料的一种，还应包括全氟酞菁铜等N型有 机材料。7. 根据权利要求1所述的一种纵向叠层结构的双极型有机场效应管，其特征在于：所 述的源、漏电极为Ag,本发明只是列举了金属电极中的一种，还应包括Au、Cu等金属电极。
【文档编号】H01L51/05GK105895802SQ201410734575
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月4日
【发明人】郑亚开, 唐莹, 韦, 韦一, 彭应全, 陈真
【申请人】中国计量学院