CN101383399A - 有机场效应晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在具有导电体－绝缘体－半导体结构的有机场效应晶体管中，半导体层由有机化合物制成，且绝缘体层由通过聚合或共聚2－氰乙基丙烯酸酯和/或2－氰乙基甲基丙烯酸酯而获得的聚合物制成。

Description

有机场效应晶体管及其制造方法
技术领域
本申请涉及具有导电体层-绝缘体层-半导体层结构的有机场效应晶体管(OFET)，尤其涉及用于液晶显示器的有机场效应晶体管和显示出p型和n型晶体管特性的双极性有机场效应晶体管，及其制造方法。
背景技术
使用硅半导体或化合物半导体的常规薄膜场效应晶体管(TFT)用于常规的集成电路和广泛的其他应用中。特别已知的是TFT在液晶显示器中的使用。目前，液晶显示器正朝着更大尺寸、更高精确清晰度的方向取得不断进展。相应于像素的数值，对集成更多数量的TFT的需求比以往更加强烈。
然而，现有技术中使用的普通金属基半导体并不能避免以下问题，即由于在基底上形成电路期间，使用光刻胶进行包括图案化和蚀刻的处理而在形成于显示屏上的TFT中产生轻微的缺陷。这种处理对降低TFT的制造成本的努力产生一定的限制。这对于当其中使用TFT时的其他平板显示器如等离子显示器和有机电致发光显示器同样是事实。
最近朝着更大尺寸、更高精确清晰度的趋势造成了在TFT制造中增加缺陷的可能性的倾向。因此强烈地需要减少此类TFT缺陷。
当使用光刻胶进行图案化、蚀刻和其它处理的时候，很难将制造成本降低在某一限度之下。
对于具有金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的TFT来说，已经尝试将有机材料用作绝缘体和半导体，但只有一些报道述及了有机绝缘材料。例如，JP-A5-508745(WO9201313或美国专利5,347,144)描述了一种设备，其使用介电常数至少为5的绝缘有机聚合物作为绝缘体层并使用重均分子量达到2,000的多共轭有机化合物作为半导体层。该装置显示出场效应，且具有约10-2cm2V-1s-1的载流子迁移率。因为半导体层通过蒸发作为有机半导体材料的α-联六噻吩形成，所以必须进行处理，包括使用光刻胶图案化和蚀刻，不能实现成本降低。
关于有机绝缘材料，例如JP-A5-508745和JP-A2005-72528(USSN10/925986，EP045255178.8，CN200410089945.1)描述了聚乙烯醇和氰乙基茁霉多糖，其分子结构中具有羟基。如果在栅极绝缘膜材料中存在羟基，羟基有可能在邻近与有机半导体层的界面处捕获电子，则该器件显示出很少的或不显示出n型晶体管特性，或者即使当显示出一些特性的时候，也具有低载流子迁移率的缺陷。
虽然使用利用硅半导体或化合物半导体的常规TFT的新应用数量不断增加，但这些器件需要有更低的成本和柔韧性。因其可能制造出具有许多优点包括低成本和柔韧性的器件，所以为了满足这些要求，已对有机半导体进行了积极的研究工作。实现有机半导体的商业应用将会导致可印刷集成电路、电子纸张等的研制。然而，大部分有机半导体显示出p-型特性而只有C60和少数其他材料显示出n-型特性。
n-型有机半导体是用于构造包括p-n结在内的有机电子器件的关键材料。
通常，有机半导体不易从p型到n型的极性转变，因为与硅半导体相比，它们具有很大的带隙，以致即使通过施加额外的栅极电压使能带偏斜时也不会形成反型层。虽然可以通过在栅极绝缘膜和有机半导体之间的界面处感生出大量载流子而形成反型层，但如果使用现有技术的栅极绝缘膜，高的栅极电压能够产生介电击穿。因此，难以感生出激发极性转变的足够数量的载流子。
例如，Appl.Phys.Lett.，Vol.85，p3899(2004)描述了可将具有高耐电压、高介电常数和低漏电流的氧化铝薄膜用作绝缘膜以及将单晶体用作有机半导体。据说单晶体用作有机半导体消除了半导体薄膜中晶粒和俘获能级(traplevel)的影响，因此预期会得到高的迁移率。虽然氧化物绝缘体具有薄膜容易形成和高介电常数的优点，但因本身存在氧空位而不理想地具有低的耐电压。
此外，JP-A2006-303453(USP7,265,380，EP06251639.8，CN200610074140.9)公开了一种双极性OFET，其包括某种有机聚合物，通常以氰乙基茁霉多糖作为绝缘体层材料。正常状态下它显示出p型特性。然而，为了晶体管具有n型特性，必须在源电极和栅电极之间实施轮询(polling)施加不小于矫顽电场且不超过聚合物耐电压的电压。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有电导体-绝缘体-半导体结构的有机场效应晶体管(OFET)及其制造方法，该晶体管使用了有机材料作为半导体和绝缘体层并具有比现有技术晶体管高的载流子迁移率。
本发明的另一目的是提供一种显示有p-型和n-型两种晶体管特性且无需特殊加工的双极性OFET及其制造方法。
本发明人已经发现，n-型晶体管特性的劣化是由制成绝缘体层的材料中的羟基引起的，并且当具有高介电常数、无羟基的聚合物用作制成绝缘体层的材料时，载流子迁移率增加超过现有技术的水平。
本发明人还发现，这种聚合物的使用保证了以较简单的方法获得双极性OFET，通过改变于其上施加的栅极电压的极性的简单方法，该晶体管显示出p-型和n-型两种晶体管特性而无需像轮询那样的特殊方法，也就是说当施加负的栅极电压时，晶体管显示出正常的p-型晶体管特性，当施加正的栅极电压时，显示出n-型的晶体管特性。
一种情况下，本发明提供一种具有电导体-绝缘体-半导体结构的有机场效应晶体管(OFET)。制成半导体层的材料包括有机化合物。制成绝缘体层的材料包括通过聚合或共聚具有式(1)的单体和/或具有式(2)的单体而获得的聚合物。
CH2＝CHCOO-(CH2)2-CN    (1)
CH2＝C(CH3)COO-(CH2)2-CN  (2)
优选的晶体管是显示出p-型和n-型晶体管特性的双极性有机场效应晶体管。
在优选的实施方案中，聚合物包含有摩尔比范围为100∶0-50∶50的式(1)和式(2)单体。
在优选的实施方案中，制造半导体层的材料是有机化合物，其可溶解在有机溶剂中且重均分子量为大于2,000到1,000,000。更优选地，制成半导体层的材料是聚噻吩。
在另一情况下，本发明提供一种制造有机场效应晶体管的方法，包括以下步骤：将聚合物有机溶剂溶液涂布到导电体层形式的栅极，干燥所涂布的聚合物溶液以在导电体层上形成绝缘体层，并在绝缘体层上设置半导体层，所述聚合物通过聚合或共聚具有式(1)的单体和/或具有式(2)的单体而获得。
发明效果
在具有电导体-绝缘体-半导体结构的OFET中，因为半导体和绝缘体层的两种材料都是有机化合物且制成绝缘体层的材料是无羟基的聚合物，所以增加了载流子迁移率而不降低n-型晶体管特性。
本发明的又一优点包括制造成本的降低。在使用传统硅半导体或无机半导体和绝缘体的形成电路的技术中，需要包括图案化和蚀刻的光刻加工步骤。另一方面，本发明的OFET可通过溶剂过程(包括例如使用喷墨的印刷技术)容易地加以制造，由此降低了电路缺损的可能性并降低了制造成本。
显示有p-型和n-型两种晶体管特性而无需轮询的双极性OFET是可获得的。本发明可适用于p-n结、反相电路和激光。
附图说明
图1是本发明实施方案之一中OFET的透视图。
图2是显示实施例1中OFET的ISD-VSD曲线图。
图3是显示实施例2中OFET的ISD-VSD曲线图。
图4是显示对比例1中OFET的ISD-VSD曲线图。
图5是显示对比例2中OFET的ISD-VSD曲线图。
具体实施方式
参照图1，例示了本发明的一示例性双极性有机场效应晶体管(OFET)，其包括SiO2等的基底1，形成在基底1上并用作栅电极的导电体层2，形成在导电体层2上的绝缘体层3和形成在绝缘体层3上的半导体层4。源电极5和漏电极6形成在半导体层4上。应该注意的是，玻璃片或聚合物片也可用作基底。
此处所用的导电体层可以是常规的氧化铟锡(ITO)膜或单层的金属层诸如Au、Cu或Al或者通过物理气相沉积法(PVD)或金属有机化学气相沉积法(MOCVD)形成的金属层叠层，诸如Au/Ti、Cu/Ti或Al/Ti。因为对于本发明的目的有利的是通过印刷形成膜的可能性，只要它不引起实用的问题，就优选使用导电糊。此处所用的导电糊包括导电炭黑糊如Ketjen黑糊和导电金属糊如银糊。
因为半导体的极性转变现象主要依赖于半导体和绝缘体之间的带排列和界面处累积的电荷量，从极性转换的角度来看，绝缘体的性能是更主要的。因此，提供晶体管特性并能在界面累积大量电荷的薄膜对于极性转变是理想的。
本发明人得知有机绝缘材料通常具有高的耐电压并输送低的漏电流。如上所指出的，在作为绝缘体膜的氧化铝薄膜中，氧空位是不可避免的。同样在有机化合物中也存在分子空位。虽然与氧化物相关的氧空位能够改变绝缘体的电子态，但有机化合物中的分子空位并不与电子态相关。然后有机化合物输送低的漏电流。然而，有机绝缘材料因低的介电常数而不能在界面处累积大量的电荷。继续进一步研究，本发明人发现，使用具有高耐电压和高介电常数且没有羟基的特定高分子量化合物或聚合物作为绝缘体层形成材料能够构造显示出p-型和n-型两种晶体管特性的双极性OFET。
在本发明的OFET中，制成绝缘体层的材料包括通过聚合或共聚具有式(1)的单体和/或具有式(2)的单体而获得的聚合物。所述聚合物可溶解于有机溶剂中且优选20wt％的聚合物二甲基甲酰胺溶液的粘度在20℃为30-8,000mPa-s。注意通过旋转粘度计来测量粘度。
CH2＝CHCOO-(CH2)2-CN    (1)
CH2＝C(CH3)COO-(CH2)2-CN  (2)
具体来说，所述聚合物是可溶解于二甲基甲酰胺等溶剂中的式(1)单体即丙烯酸2-氰乙基酯的均聚物，或式(2)单体即2-氰乙基甲基丙烯酸酯的均聚物，或者这两种单体的共聚物。
这些聚合物可通过使用自由基聚合反应的引发剂进行上述单体的自由基聚合反应来加以制备。此处所用的自由基聚合反应引发剂可以是普通的引发剂，实例有偶氮引发剂，诸如2，2′-偶氮二异丁腈、2，2′-偶氮二(2，4-二甲基戊腈)和2，2′-偶氮二-2-甲基丁腈和过氧化物催化剂如过氧化苯甲酰。因此处所用的聚合物应该在其分子结构中具有氰基基团，优选的自由基聚合反应引发剂是具有腈基的偶氮引发剂。聚合反应引发剂优选的添加数量为，聚合反应引发剂的摩尔数与所有单体的摩尔数之比的范围为0.005～0.02。如果添加的聚合反应引发剂的数量小于该范围，聚合反应因自由基等的去活化作用而不能完全地进行。如果数量超出，会引起一些问题，诸如难以控制聚合反应和具有太高聚合度的聚合物的形成，所述聚合物不溶于溶剂中且不便用于后续应用中。
为了控制聚合反应，可以使用链转移剂如月桂基硫醇。链转移剂优选的添加数量为，链转移剂的摩尔数与聚合反应引发剂的摩尔数之比的范围为0.05～1.0。如果所添加的链转移剂的数量小于该范围，那依赖于所添加的引发剂的数量可能产生此类不便，例如聚合反应的难以控制。如果数量超出，聚合反应可能不能完全进行。
聚合过程可以是任何已知的方法，如本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。溶液聚合中所用的溶剂没有特别的限制，只要它们使单体溶解在其中且不防碍聚合反应即可。示例性溶剂包括丙酮、N，N′-二甲基甲酰胺、酯和醚。当考虑聚合反应后的纯化步骤时，优选的是丙酮、N，N′-二甲基甲酰胺等，因为这些溶剂可与结晶溶剂和水混溶。
聚合反应溶剂中的单体浓度没有特别的限制。然而，如果溶剂中单体的浓度太稀，遵循溶液聚合方式的聚合反应可能不能完全进行。在这方面，优选单体浓度至少10wt.％。如果不使用聚合反应溶剂，反应为本体聚合。
式(1)的2-氰乙基丙烯酸酯的均聚物倾向于具有高的介电常数和低的软化温度。与式(1)的2-氰乙基丙烯酸酯的均聚物相比，式(2)的2-氰乙基甲基丙烯酸酯的均聚物倾向于具有低的介电常数和高的软化温度。介电常数(或相对电容率)的差异可解释为以下事实，即当在式(1)的2-氰乙基丙烯酸酯和式(2)的2-氰乙基甲基丙烯酸酯单体之间进行对比时，双极性基团的氰乙基基团的分子内含量在2-氰乙基丙烯酸酯中高于在2-氰乙基甲基丙烯酸酯中。至于软化温度，已知的事实是当在丙烯酸酯均聚物和甲基丙烯酸酯均聚物之间进行对比时，甲基丙烯酸酯均聚物具有较高的软化温度，对于氰乙基单体的聚合物同样如此。
OFET的运行被认为取决于以下机制，即当向栅电极施加电势时，在制成绝缘体层的聚合物中为双极性基团的氰乙基基团定向在绝缘体层和半导体层之间的界面上以促使信道形成。然后可以认为具有高介电常数的材料提供了较好的性能如迁移率。如果软化温度太低，绝缘体层可通过驱动中温度上升而软化，不能发挥出稳定的性能。在绝缘体层材料为式(1)和(2)单体的共聚物的情况下，单体(1)与单体(2)的摩尔比优选范围为100∶0-50∶50，更优选90∶10-50∶50。如果单体(2)的摩尔比高于该范围，可能会引起较高的软化温度、界面处柔韧性损失和较低的介电常数的问题。
在本发明的OFET中，制成半导体层的材料为有机化合物。具体来说，适合用于形成半导体层的有机化合物包括戊省；金属酞菁如铜酞菁和铁酞菁；低分子量化合物如α-联六噻吩；和高分子量化合物如聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚(亚噻吩基亚乙烯基)和聚(亚苯基亚乙烯基)。在高分子化合物的情况下，半导体层优选有机溶剂可溶的聚合物，其重均分子量(Mw)相对聚苯乙烯标准为GPC所测量的大于2,000-1,000,000。优选的聚合物实例包括聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚(亚噻吩基亚乙烯基)和聚(亚苯基亚乙烯基)。考虑到一些因素，包括有机溶剂中的溶解度和容易加工性，最优选聚噻吩，通常是聚(3-己基噻吩)。
在绝缘体层上形成半导体层过程中，当使用低分子量化合物作为形成半导体层的材料时，使用了普通的沉积技术如真空沉积。如果用于形成半导体层的有机化合物具有被溶解在有机溶剂中的性能，那么无论它是低分子量化合物还是高分子量化合物，都可使用溶液涂布/干燥过程将半导体层设置在绝缘体层上。在该实施方案中，用于形成半导体层的有机化合物应该溶解在有机溶剂中，其中绝缘体层是不可溶解的。这是因为通常认为当通过这种溶液涂布叠层另外形成半导体层和绝缘体层时，界面状态不会是均匀的。
OFET可通过由蒸发在有机绝缘体层上形成有机半导体层的方法或分别将有机半导体和有机绝缘体溶解在有机溶剂中且涂布并干燥的其他方法加以制造，为了简化，后面的方法是优选的。溶解有形成绝缘体层的化合物的适当有机溶剂包括，例如N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N′-二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈和γ-丁内酯。溶解有形成半导体层的化合物的适当有机溶剂包括，例如氯仿、甲苯、己烷和醇类。在任何情况下，可使用一种或多种溶剂。
具体来说，将通过式(1)单体和/或式(2)单体聚合或共聚获得的聚合物的有机溶剂溶液涂布在金属层形式的栅电极上并经干燥形成绝缘体层。随后涂布形成半导体层的有机化合物的有机溶剂溶液并经干燥形成半导体层，所述有机溶剂不可溶解绝缘体层。例如，基底选自玻璃和常规的聚合物片；且作为栅电极的金属层通过溅射或通过由旋涂、丝网印刷或喷墨印刷涂布金属糊或导电聚合物并经干燥形成在基底上。可替换地，能够使用市购的ITO涂覆玻璃。
在这样形成的栅电极上，通过旋涂、丝网印刷或喷墨印刷涂布绝缘体层形成材料的有机溶剂溶液并经干燥，从而形成绝缘体层。
之后，通过旋涂、丝网印刷或喷墨印刷将半导体层形成材料的另一有机溶剂(其中不溶解绝缘体层形成聚合物)溶液涂布在绝缘体层上并经干燥形成半导体层。在该阶段之前，为了半导体分子定向在绝缘体层和半导体层之间的界面上，可使绝缘体层的表面经受已知的研磨或物理处理。
最后，通过溅射或通过由丝网印刷或喷墨印刷涂布金属糊或导电聚合物并经干燥在半导体层上形成源电极和漏电极。
本发明的OFET的结构包括金属层形式的栅电极、形成于其上的绝缘体层、形成于其上的半导体层和形成于半导体层上的源电极和漏电极。当向栅电极施加电势形成电场时，在绝缘体层附近由场效应在半导体中产生电荷以在半导体层中形成称为信道(channel)的导电区域。这意味着绝缘体层和半导体层之间的界面状态是重要的，也就是说，界面越平坦，结果越好。
尽管不是决定性的，但优选绝缘体层的厚度为0.2-10μm。更优选0.5-3μm，半导体层的厚度为50-300nm，更优选50-100nm，且金属层的厚度为30-50nm。
在其中OFET为双极性有机场效应晶体管的实施方案中，该晶体管施加正栅极电压时显示n-型晶体管特性，施加负栅极电压时显示p-型晶体管特性。
实施例
作为示例性而非限制性地给出如下本发明的实施例。
实施例1
用氮气冲洗装有冷凝器和搅拌器的500ml三颈烧瓶并装入70g通过普通真空蒸馏工艺蒸馏的2-氰乙基丙烯酸酯单体。然后装入163g无水丙酮作为聚合溶剂和以相对单体具有0.01摩尔比数量的2，2′-偶氮二异丁腈作为自由基引发剂。进一步加入0.001摩尔月桂基硫醇作为链转移剂。氮气入口管连接到烧瓶上并在包括温度60℃的条件下反应进行300分钟的时间。在反应结束时，将反应溶液冷却到室温并使其进入到过量体积的甲醇中进行沉淀。将沉淀溶解在丙酮中并从过量甲醇中沉淀的过程重复多次。干燥这样纯化的沉淀，产生出约63g的聚(2-氰乙基丙烯酸酯)，其在20℃于20wt.％的二甲基甲酰胺溶液中的粘度为305mPa-s，在40℃和1kHz的介电常数约为11，软化温度约为30℃。
使用聚(2-氰乙基丙烯酸酯)作为绝缘体层形成材料和铜酞菁(Aldrich)作为半导体层形成材料，通过如下过程制造出OFET，然后进行测试。
在热氧化的硅基底上，通过气相沉积Ti到20nm厚度，然后沉积Au到60nm厚度形成栅电极，两者都在室温和10-4Pa背压射频溅射形成。
在栅电极的Au表面上，旋涂已经通过0.2μm膜滤膜的20wt.％的聚(2-氰乙基丙烯酸酯)的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液，并在60℃干燥24小时，形成2μm厚的绝缘体层。该绝缘体层在1kHz的静电容量为6nF/cm2。
以下通过真空蒸发沉积铜酞菁以形成70nm厚的半导体层。在X射线衍射分析时，在2θ＝6.8°观察到峰值，表明铜酞菁薄膜具有α-结构。
此后，在-20℃冷却基底，其后在10-5Pa或更低的背压由射频溅射通过金属掩膜将金沉积在半导体层上达到20nm的厚度。源电极和漏电极的宽度W为4.0mm，并相隔50μm的距离L(参见图1)。
在光屏蔽条件和1.3×10-3Pa或更低的真空度评价了这样制备的FET的电性能。
在室温(25℃)测量了源-漏电流相对电压的ISD-VSD曲线，结果绘制在图2中。当施加正栅极电压时，晶体管显示出n-型特性，由于耗尽层形成，在低栅极电压下电流值降低，但是由于形成反型层，在高栅极电压下电流值增加。由源-漏电流相对源-漏电压曲线的信道电导(channel conductance)评价了迁移率，发现场效应迁移率为1.0×10-4cm2/Vs。
当只施加电压时，使用氰乙基茁霉多糖作为栅极绝缘膜的对比例1(如下所述)的FET并不显示出n-型晶体管特性，因而需要轮询过程。实施例1的FET的场效应迁移率比轮询后的比较FET的迁移率快几乎100倍，证明电子迁移率急剧增加。
实施例2
在实施例1的FET上施加负的栅极电压。在室温(25℃)测量了源-漏电流相对电压的ISD-VSD曲线，结果绘制在图3中。因为电流值随着栅极电压的增加而增加，晶体管显示出典型的p-型晶体管特性(参见图3A)。当施加正的栅极电压时，晶体管显示出n-型特性，由于耗尽层形成，在低栅极电压下电流值降低，但是因为反型层形成，在高的栅极电压下电流值增加(参见图3B)。可以想到的是，因为铜酞菁层为p-型且具有显著大的1.5eV的带隙，尽管累积有大量的电荷，但它呈现弱的反转状态。因此，n-型源-漏电流值小至p-型源-漏电流值的1/10(在|Vg|＝50V的情况下)。
接下来，由源-漏电流相对源-漏电压曲线的信道电导评价了迁移率(μ)，p型的迁移率为1.0×10-3cm2/Vs，约等于使用氧化硅为栅极绝缘膜的FET的迁移率。另一方面，n型的迁移率为1.0×10-4cm2/Vs，约为p型迁移率的1/10。
使用氰乙基茁霉多糖作为栅电极绝缘膜的对比例1(如下所述)的FET需要轮询过程以便产生n-型晶体管特性。本发明FET的n-型场效应迁移率比轮询后比较FET的迁移率快几乎100倍，证明电子迁移率急剧增加。|VSD|＝50V时的p-型和n-型开/关比都约为100，且VT值分别为-44V和73V。
实施例3
摩尔比为50∶50的2-氰乙基丙烯酸酯和2-氰乙基甲基丙烯酸酯的共聚物采用与实施例1的相同方法进行制备，除了使用2-氰乙基丙烯酸酯单体和2-氰乙基甲基丙烯酸酯单体代替单独的2-氰乙基丙烯酸酯单体以外。获得的共聚物在20℃于20wt％的二甲基甲酰胺溶液中测量的粘度为332mPa-s，在40℃和1kHz的介电常数为约10，软化温度约60℃。
通过使用共聚物作为绝缘体层形成材料而制造了OFET，然后用与实施例1和2的相同方法进行了测试。实施例3的OFET也显示了如实施例1和2的OFET一样优良的晶体管特性。
实施例4
摩尔比为90∶10的2-氰乙基丙烯酸酯和2-氰乙基甲基丙烯酸酯的共聚物采用与实施例1的相同方法进行制备，除了使用2-氰乙基丙烯酸酯单体和2-氰乙基甲基丙烯酸酯单体代替了单独的2-氰乙基丙烯酸酯单体以外。获得的共聚物在20℃于20wt％的二甲基甲酰胺溶液中测量的粘度为321mPa-s，在40℃和1kHz的介电常数为约11，软化温度约40℃。
通过使用所述共聚物作为绝缘体层形成材料而制造了OFET，然后用与实施例1和2的相同方法进行了测试。实施例3的OFET也显示了如实施例1和2的OFET一样优良的晶体管特性。
对比例1
用于形成绝缘体层的材料是具有85.2mol％氰乙基基团取代度的氰乙基茁霉多糖(CyEPL，Shin-Etsu化合物有限公司，CR-S.Mw:49,000)。用于形成半导体层的材料为铜酞菁(Aldrich)。使用这些材料，通过如下的工艺制造OFET，然后测试。
在热氧化的硅基底上，通过气相沉积Ti到20nm厚度，然后沉积Au到60nm厚度形成栅电极，两者都通过在室温和10-4Pa背压射频溅射形成。
在栅电极的Au表面上，旋涂已经通过0.2μm膜滤膜的15wt.％氰乙基茁霉多糖的N-甲基-2-吡咯烷酮溶液并在100℃干燥1小时，形成2μm厚的绝缘体层。该绝缘体层在1kHz的静电容量为17.7nF/cm2。
以下通过真空蒸发形成70nm厚的铜酞菁层。在X射线衍射分析时，在2θ＝6.8°观察到峰值，表明铜酞菁薄膜具有α-结构。
此后，在-20℃下冷却基底，其后在10-5Pa或更低的背压由射频溅射通过金属掩膜将金沉积在半导体层上达到300nm的厚度。源电极和漏电极的宽度W为3.9mm，相隔的距离L为38μm(参见图1)。
在光屏蔽条件和1.3×10-3Pa或更低的真空度下评价了这样制备的FET的电性能。
绝缘体膜上没有轮询，在室温(25℃)测量了源-漏电流相对电压的ISD-VSD曲线。从图4可以看出，在施加正栅极电压的情况下，随着栅极电压增加，源-漏电流降低，仅形成耗尽层。
此外，为了获得大的累积电荷数量，通过施加至少2,000秒大于矫顽电场的源极-栅极电压(|VSG|＝20V)进行轮询，其后在室温(25℃)测量了源-漏电流相对电压的ISD-VSD曲线。当施加正栅极电压时，晶体管显示出n-型特性，由于耗尽层形成，在低栅极电压下电流值降低。但是因为反型层形成，在高的栅极电压下电流值增加。当如实施例1中进行测量时，它的场效应迁移率为3.5×10-6cm2/Vs。
对比例2
对于对比例1的FET，绝缘体膜上没有轮询时，在室温(25℃)测量了源-漏电流相对电压的ISD-VSD曲线。在负栅极电压下观察到典型的p-型特性。在正栅极电压的情况下，随着栅极电压增加，源-漏电流降低，仅形成耗尽层。
此外，为了获得大的累积电荷数量，通过施加至少2,000秒大于矫顽电场的源极-栅极电压(|VSG|＝20V)进行轮询，其后在室温(25℃)测量了源-漏电流相对电压的ISD-VSD曲线，结果示于图5中。当施加负栅极电压时，器件产生出典型的p-型晶体管特性，随着栅极电压增加，电流值增加(参见图5A)。相反，在施加正栅极电压的情况下，随着电流值的降低，所施加的栅极电压促进了耗尽。然而，当栅极电压超过20V时，器件产生出n-型晶体管特性，形成了反型层且电流值增加(参见图5B)。因为铜酞菁层为p-型且具有显著大的1.5eV的带隙，尽管累积有大量的电荷，但它呈现弱的反转状态。因此，n-型源-漏电流值小至p-型源-漏电流值的1/2000(在|Vg|＝50V的情况下)。尽管对于其中静电容量并不确定为Q＝CV的这种器件来说，场效应迁移率通常根据饱和电流值加以确定，但根据源-漏电流相对源-漏电压曲线的信道电导估计出了迁移率(∫)。使用了方程式：ISD＝(W/L)μ[P+C(VSG-VT)]VSD，其中VT为源-漏电流上升时的临界电压。p-型迁移率为4.1×10-3cm2/Vs，基本上与使用氧化硅为栅极绝缘膜的FET的迁移率相等。
n-型的场效应迁移率为3.5×10-6cm2/Vs，约为p-型迁移率的1/1000。|VSD|＝10V时的p-型和n-型开/关比分别为6x104和70，且VT值分别为-0.1V和0.9V。

Claims (6)

1、具有导电体-绝缘体-半导体结构的有机场效应晶体管，其特征在于，制成半导体层的材料包括有机化合物，制成绝缘体层的材料包括通过聚合或共聚具有式(1)的单体:
CH2＝CHCOO-(CH2)2-CN             (1)
和/或具有式(2)的单体:
CH2＝C(CH3)COO-(CH2)2-CN     (2)
而获得的聚合物。
2、如权利要求1所述的有机场效应晶体管，其为显示出p-型和n-型晶体管特性的双极性有机场效应晶体管。
3、如权利要求1所述的有机场效应晶体管，其特征在于，所述聚合物包含有摩尔比范围为100∶0-50∶50的式(1)和式(2)的单体。
4、如权利要求1所述的有机场效应晶体管，其特征在于，制造半导体层的材料是有机化合物，其可溶解在有机溶剂中且重均分子量为大于2,000到1,000,000。
5、如权利要求4所述的有机场效应晶体管，其特征在于，所述制成半导体层的材料是聚噻吩。
6、制造有机场效应晶体管的方法，包括以下步骤:
将聚合物的有机溶剂溶液涂布到导电体层形式的栅极上；
干燥所涂布的聚合物溶液以在导电体层上形成绝缘体层；和
在绝缘体层上设置半导体层，所述聚合物通过聚合或共聚具有式(1)的单体:
CH2＝CHCOO-(CH2)2-CN           (1)
和/或具有式(2)的单体:
CH2＝C(CH3)COO-(CH2)2-CN       (2)
而获得。
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