CN101777625A - 一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法 - Google Patents
一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101777625A CN101777625A CN201010023086A CN201010023086A CN101777625A CN 101777625 A CN101777625 A CN 101777625A CN 201010023086 A CN201010023086 A CN 201010023086A CN 201010023086 A CN201010023086 A CN 201010023086A CN 101777625 A CN101777625 A CN 101777625A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thiophene
- layer
- semiconductor layer
- organic semiconductor
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明公布了一种采用P-I-N结构的双极型有机薄膜晶体管及其制作方法。本晶体管依次由基板、栅极、绝缘层、第一层有机半导体层、中间隔离层、第二层有机半导体层、源漏电极依次叠层构成顶接触结构，或者由基板、栅极、绝缘层、第一次层有机半导体层、中间隔离层、源漏电极和第二层有机半导体层依次叠层构成底接触结构。各结构层采用真空蒸发、溅射或旋涂方法制备。本发明的结构中，在P型半导体层和N型半导体层中间加入了中间隔离层，可以有效的避免异质结的作用，避免了界面偶极子作用产生的耗尽-增强模式的电荷传输模式，从而可以实现了单一的P型以及N型的两种增强型的传输模式。采用这种P-I-N结构的有机薄膜晶体管，可以广泛应用到有机互补反相器及其互补电路上。
Description
技术领域
本发明属于有机薄膜晶体管领域(OTFT)，具体涉及一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法，尤其涉及采用的P-I-N(P型半导体层-中间隔离层-N型半导体层)结构，并包括用于这种结构的材料。
背景技术
相对于传统硅基电子器件，有机电子器件表现出明显的优势：低成本，工艺简单，柔性结构，易于大面积制备，抗震抗压。
集成电路设计中，CMOS结构已经被广泛采用，主要因为其将一个N型MOS和一个P型MOS集成在一起组成一个互补型反相器，栅压的一次变化实现了开关的两次变化，频率比单一的MOS集成电路增加了一倍。但是这种结构相对复杂，需要在同一块芯片上需要集成两种不同类型的器件：N-MOS和P-MOS，因此工艺要求更高，成本更高。在有机集成电路中，这种情况得以改变。有机集成电路主要指OTFT，双极型OTFT因为在同一器件中存在两种不同性质(N型和P型)的有源层，因此可实现N型或P型的输出，即集成同一种性质的OTFT就可构成有机互补电路，结构简单，制备工艺大为简化。但是从之前的研究结果来看，这种双极型OTFT的输出特性曲线表现出来的都是一种先耗尽后增强的形式，于是从曲线图上看，会出现一些交点，即当栅压和漏压处在一次的变化过程中的不同值时，会出现两次的开启状态，产生错误信号。理想的双极型OTFT的输出特性曲线都应当表现出增强模式，根据现有材料及传统结构还无法实现这种性能。
本专利所介绍的这种OTFT结构突破常规，采用一种新型的P-I-N有源层结构，即在两种半导体层中间加入一层隔离层，消除了有机异质结对两种不同性质的有机半导体层之间偶极子相互作用造成的不利影响。当P型和N型两种性质的半导体有源层接触到一起时，就会产生一种偶极子作用，在界面的两端分别形成电子空穴对，形成两种性质的导电沟道，当栅压不足够大时，源漏之间的电子电流或空穴电流就会毫无阻隔地进入另一个相反性质的导电沟道中去，是器件的半导体输出曲线产生耗尽模式，随着栅压的增加，这种模式减弱。当加入中间隔离层时，这种偶极子作用就会很大程度地减弱甚至消失，由于电子空穴对之间有一层隔离层很大程度上阻止了两种电荷载体之间电荷的交换，因此不会再出现耗尽模式。而下层半导体层导电机理是因为源漏电极与栅极之间的纵向电场作用促使电荷纵向的隧穿出现电流，因此，中间隔离层的厚度就有所限制，不能太厚。绝缘性越好就应该越薄，使电荷纵向隧穿越容易。
因此采用这种新型的P-I-N结构的双极有源半导体层的OTFT，可实现增强型P型和增强型N型的输出特性曲线，使在采用单一器件集成有机互补电路中实现应用价值成为可能，工艺大为简化，性能更加优良。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法，其中有机半导体层采用P-I-N结构，实现了单一的P型以及N型两种增强型的传输模式可应用到有机互补反相器及互补电路。
为达到上述目的，本发明具体实施技术方案如下：
一种双极型有机薄膜晶体管，其特征在于依次由基板8、栅极7、绝缘层6、第一层有机半导体层5、中间隔离层4、第二层有机半导体层3、源极1及漏极2层叠构成顶接触结构；或者由基板8、栅极7、绝缘层6、第一层有机半导体层5、中间隔离层4、源极1及漏极2、第二层有机半导体层3层叠构成底接触结构。
上述基板材料为硅片、玻璃、塑料或者陶瓷中任一种。
上述在两层半导体层中间加入的中间隔离层4是电导率介于10-6～10-18Ω-1cm-1的近绝缘材料。
上述第一层有机半导体层5如果采用n型材料，那么第二层有机半导体层3采用p型材料；第一层有机半导体层5如果采用p型材料，那么第二层有机半导体层3采用n型材料。
上述N型材料为氟代酞菁铜(F16cuPc)、氟代酞菁锌(F16ZnPc)、氟代酞菁铁(F16FePc)、氟代酞菁钴(F16CoPc)、氯代酞菁铜(Cl16cuPc)、氯代酞菁锌(Cl16ZnPc)、氯代酞菁铁(Cl16FePc)、氯代酞菁钴(Cl16CoPc)、氟代六噻吩(DFH-6T)、氯代六噻吩(DCIH-6T)、C60、3，4，9，10-苝四羧酸二酐(PTCDA)，N，N’-二苯基-3，4，9，10-苝四羧酸二胺(DP-PTCDI)、四氰基二甲基醌(TCNQ)、1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)、1，4，5，8-萘四羧酸二胺(NTCDI)、11，11，12，12-四氰基二甲基萘醌(TCNNQ)、四甲基四硒代富瓦烯(TMTSF)中任选一种或多种。
上述P型材料为酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)、酞菁镍(NiPc)、酞菁钴(CoPc)、自由酞菁(H2Pc)、酞菁铂(PtPc)、酞菁铅(PbPc)、并五苯(Pentacene)、并三苯、并四苯、红荧烯、6P、BP2T、5，5’-二(2-萘基)-2，2’-二噻吩(NaT2)、5，5”-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”-三噻吩(NaT3)、NaT4、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩(NaT5)、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””：5””，2””-六噻吩(NaT6)、2，5-二(2-萘基)-[3，2-b]并二噻吩(NaTT2)、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二噻吩(TNT2)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”-三噻吩(TNT3)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩(TNT4)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩(TNT5)、2，5-二(2-硫茚基)-[3，2-b]并二噻吩(TNTT)、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩(TNTT2)、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩(PhT2)、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩(PhT2)、5，5”-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”-三噻吩(PhT3)、5，5”’-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩(PhT4)、2，5-(2-菲基)-[3，2-b]并二噻吩(PhTT)、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩(PhTT2)、聚吡咯(polypyrrolle，PP)、聚噻吩(Polythiophene，PT)、聚三六甲基噻吩(P3HT)、聚苯酚(Poly(p，p’-biphenol)，PBP)、聚2，5噻吩乙炔(poly(2，5-thienylenevinylene)，PTV)中的任选一种或多种。
上述中间隔离层材料为聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯(PVC)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙基丙烯酸酯(PCA)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF)、硫化铜(CuS)、碘化铜(CuI2)和碘化钠(NaI)中任选一种或多种。
上述中间隔离层为一种或几种材料的混合复合层及多层膜结构，厚度在1纳米至100纳米之间。
一种双极型有机薄膜晶体管的制作方法，用于制作上述的晶体管，其特征在于各结构层分别采用下述方法按结构层次序依次逐层制备：
(1)选用合适的基板衬底；
(2)采用真空蒸发或溅射技术制备栅电极或源漏电极；
(3)采用旋涂或溅射技术制备栅极电介质绝缘层；
(4)采用真空蒸发或旋涂技术制备第一层有机半导体层；
(5)采用真空蒸发或旋涂技术制备中间隔离层；
(6)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层有机半导体层。
上述第一层和第二层有机半导体层若是小分子采用真空蒸镀的方法制备，真空度小于10-3Pa；若是高分子聚合物采用旋涂、印刷或浸泡的方法制备。
上述栅极材料选用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ITO、W、Ag、Ta，采用溅射或蒸发的方法制备。源极1及漏极2材料选用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg、Ca中的一种或多种。
上述绝缘层通过溅射或蒸发形成形成Ta2O5、Al2O3、SiO2、TiO2和SiN1～1.5等中的一种或多种材料制备的薄膜；或着通过溶液旋涂一层或几层聚合物薄膜，或者混合溶液制备的复合膜，聚合物材料包括聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯(PVC)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙基丙烯酸酯(PCA)中的一种或多种。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的晶体管结构中，在P型半导体层和N型半导体层中间加入了中间隔离层，可以有效的避免异质结的作用，避免了界面偶极子作用产生的耗尽-增强模式的电荷传输模式，从而可以实现了单一的P型以及N型的两种增强型的传输模式。采用这中P-I-N结构的有机薄膜晶体管，可以广泛应用到有机互补反相器及其互补电路上。
附图说明
图1是P-I-N结构双极型OTFT结构示意图(其中图(a)为底栅顶接触结构，图(b)为底栅底接触结构I，图(c)为底栅底接触结构II，图(d)为顶栅底接触结构，图(e)为顶栅顶接触结构I，图(f)为顶栅顶接触结构II)。
图2是P-I-N结构双极型有机薄膜晶体管的输出特性曲线图。
图3是P-I-N结构双极型有机薄膜晶体管的转移特性曲线图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：本双极型有机薄膜晶体管为底栅顶接触结构，参见图1(a)，从下至上由基板8、栅极7、绝缘层6、第一层有机半导体层5、中间隔离层4、第二层有机半导体层3、和源极1及漏极2依次叠层构成。
上述各结构层制备方法如下：
(1)采用重掺杂单晶硅作为基板和栅极，热氧化生成一层氧化硅作为电介质绝缘层，或采用薄玻璃或塑料作为基板，在其上通过真空蒸发或溅射工艺形成一层ITO或金属作为栅极，并采用旋涂或溅射方法制备电介质绝缘层。
(2)采用真空蒸发技术或旋涂技术制备第一层N型或P型有机半导体层。
(3)采用溶剂旋涂技术或真空蒸发技术制备中间隔离层。
(4)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层P型或N型有机半导体层。
(5)采用真空蒸发或溅射技术制备源漏电极。
实施例二：本实施例为底栅底接触结构I，参见图1(b)，从下至上是由基板(8)、栅极7、绝缘层6、第一层有机半导体层5、中间隔离层4、源极1和漏极2、第二层有机半导体层3依次叠层构成。
上述各结构层的制备方法如下：
(1)采用重掺杂单晶硅作为基板和栅极，热氧化生成一层氧化硅作为电介质绝缘层，或采用薄玻璃或塑料作为基板，在其上通过真空蒸发或溅射工艺形成一层ITO或金属作为栅极，并采用旋涂或溅射方法制备电介质绝缘层。
(2)采用真空蒸发或旋涂技术制备第一层N型或P型有机半导体层。
(4)采用真空蒸发或溅射源漏电极。
(3)采用模板法及真空蒸发技术制备中间隔离层(仅存在于沟道处)。
(5)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层P型或N型有机半导体层。
实施例三：本实施例为底栅底接触结构II，参见图1(c)，从下至上是由基板8、栅极7、绝缘层6、第一层有机半导体层5、中间隔离层4、源极1和漏极2、第二层有机半导体层3依次叠层构成。
上述各结构层的制备方法如下：
(1)采用重掺杂单晶硅作为基板和栅极，热氧化生成一层氧化硅作为电介质绝缘层，或采用薄玻璃或塑料作为基板，在其上通过真空蒸发或溅射工艺形成一层ITO或金属作为栅极，并采用旋涂或溅射方法制备电介质绝缘层。
(2)采用真空蒸发或旋涂技术制备第一层N型或P型有机半导体层。
(3)采用旋涂或真空蒸发技术制备中间隔离层。
(4)采用真空蒸发或溅射源漏电极。
(5)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层P型或N型有机半导体层。
实施例四：本实施例为顶栅底接触结构，参见图1(d)，从下至上是由基板8、源极1和漏极
2、第一层有机半导体层5、中间隔离层4、第二层有机半导体层3、绝缘层6、栅极7依次叠层构成。
上述各结构层的制备方法如下：
(1)采用薄玻璃或塑料作为基板，抛光清洗干净，采用真空蒸发或溅射技术或光刻技术制备源漏电极。
(2)采用真空蒸发或旋涂技术形成第一层N型或P型有机半导体层。
(3)采用旋涂或真空蒸发技术在其上制备中间隔离层。
(4)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层P型或N型有机半导体层。
(5)采用旋涂或溅射技术制备电介质绝缘层。
(6)采用过真空蒸发或溅射技术形成一层ITO或金属作为栅极。
实施例五：本实施例为顶栅顶接触结构I，参见图1(e)，从下至上是由基板8、第一层有机半导体层5、源极1和漏极2、中间隔离层4、第二层有机半导体层3、绝缘层6、栅极7依次叠层构成。
上述各结构层的制备方法如下：
(1)采用薄玻璃或塑料作为基板，抛光清洗干净，采用真空蒸发或旋涂技术形成第一层N型或P型有机半导体层。
(2)采用真空蒸发或溅射技术制备源漏电极。
(3)采用旋涂或真空蒸发技术制备中间隔离层。
(4)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层P型或N型有机半导体层。
(5)采用旋涂或溅射技术制备电介质绝缘层。
(6)采用过真空蒸发或溅射技术制备一层ITO或金属作为栅极。
实施例六：本实施例为顶栅顶接触结构II，参见图1(f)，从下至上是由基板8、第一层有机半导体层5、源极1和漏极2及中间隔离层4、第二层有机半导体层3、绝缘层6、栅极7依次叠层构成。
上述各结构层的制备方法如下：
(1)采用薄玻璃或塑料作为基板，抛光清洗干净，采用真空蒸发或旋涂技术形成第一层N型或P型有机半导体层。
(2)采用真空蒸发或溅射技术制备源漏电极。
(3)采用模板法及真空蒸发技术制备中间隔离层(仅存在于沟道处)。
(4)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层P型或N型有机半导体层。
(5)采用旋涂或溅射技术制备电介质绝缘层。
(6)采用过真空蒸发或溅射技术制备一层ITO或金属作为栅极。
器件的制备过程中，使用的N型材料包括氟代酞菁铜、氟代酞菁锌、氟代酞菁铁、氟代酞菁钴、氟代六噻吩、C60、3，4，9，10-苝四羧酸二酐，N，N’-二苯基-3，4，9，10-苝四羧酸二胺、四氰基二甲基醌、1，4，5，8-萘四羧酸二酐、1，4，5，8-萘四羧酸二胺、11，11，12，12-四氰基二甲基萘醌、四甲基四硒代富瓦烯等；厚度控制在20到100nm。P型材料包括酞菁铜、酞菁锌、酞菁镍、酞菁钴、自由酞菁、酞菁铂、酞菁铅、并五苯、并三苯、并四苯、红荧烯、6P、BP2T、5，5’-二(2-萘基)-2，2’-二噻吩、5，5”-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”-三噻吩、NaT4、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩)、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””：5””，2””-六噻吩、2，5-二(2-萘基)-[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二噻吩、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”-三噻吩、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩、2，5-二(2-硫茚基)-[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩)、5，5”-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”-三噻吩、5，5”’-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩、2，5-(2-菲基)-[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩、聚吡咯、聚噻吩、聚三六甲基噻吩、聚苯酚、聚2，5噻吩乙炔等；厚度控制在20到100nm。中间隔离层采用聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙基丙烯酸酯、聚四氟乙烯、氟化锂、氟化钙、硫化铜、碘化铜、碘化钠等；厚度控制在0到50nm之间。
各结构层更详细的具体制备方法如下：
首先选用表面高度平整并抛光的重参杂单晶硅或薄玻璃板或塑料板作为基板之后进行后续步骤。
(1)第一层有机半导体层的制备。
对于有机小分子材料，将处理好的带有绝缘层的基板用掩模板覆盖放入真空蒸发腔内，真空度维持在1×10-4Pa以下，基板加热一定温度，保证有机半导体材料达到最有效的晶化，提高迁移率和导电性能。蒸发速率视具体材料而定，一般在1/S左右。如果是N型有机半导体材料，可选用氟代酞菁铜、氟代酞菁锌、氟代酞菁铁、氟代酞菁钴、C60等，若是P型材料，则选用酞菁铜、酞菁锌、酞菁镍、酞菁钴、自由酞菁、酞菁铂、酞菁铅、并五苯、并三苯、并四苯、红荧烯等。对于高分子聚合物，我们只有采用溶液旋涂的方法来完成薄膜的制备。根据所用药品选用合适的加热易挥发的溶剂，比如去离子水、乙醇等醇类、丙酮等酮类、甲苯等芳香族类，选用这类溶剂在加热挥发后不能留下任何残留物质影响有机半导体层的性能。所配溶液浓度适中，并适度加热使其充分溶解，并经过过滤器过滤掉大分子及固体杂质，选用合适的转速制备一定厚度且均匀的薄膜。这类聚合物材料中，N型一般选用3，4，9，10-苝四羧酸二酐，N，N’-二苯基-3，4，9，10-苝四羧酸二胺、四氰基二甲基醌、1，4，5，8-萘四羧酸二酐、1，4，5，8-萘四羧酸二胺、11，11，12，12-四氰基二甲基萘醌、四甲基四硒代富瓦烯等，P型材料选用6P、BP2T、5，5’-二(2-萘基)-2，2’-二噻吩、5，5”-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”-三噻吩、NaT4、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩)、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””：5””，2””-六噻吩、2，5-二(2-萘基)-[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二噻吩、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”-三噻吩、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩、2，5-二(2-硫茚基)-[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩)、5，5”-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”-三噻吩、5，5”’-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩、2，5-(2-菲基)-[3，2-b]并二噻吩、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩、聚吡咯、聚噻吩、聚三六甲基噻吩、聚苯酚、聚2，5噻吩乙炔等。第一层有机半导体层厚度一般在20～400nm之间。
(2)中间隔离层的制备。
对于有机高分子层，这层聚合物材料的选取与其绝缘性和上层半导体层的材料有关。绝缘性不能太好，否则载流子不能通过，源漏之间的电流不能畅通，另外，此聚合物的表面能应与上层半导体材料的表面能近似，这样，上层材料结晶性能更好，迁移率会更高，这也是采用这种结构的重要原因。聚合物浓度相对要小，保证薄膜的厚度不能太大，维持在20纳米左右，并在一定温度下退火，除尽溶剂。例如我们可采用PVA的水溶液，用去离子水稀释PVA配成浓度0.1％的溶液，采用旋涂技术，转速为1500rpm，可制的薄膜厚度约20纳米的聚合物薄层。无尘烘箱60℃干燥10小时以上。这类材料我们可选用聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙基丙烯酸酯、聚四氟乙烯。对于无机小分子材料，我们采用真空蒸度的方法来完成，真空度维持在1×10-4以下，蒸发速率为1
/S，厚度控制在0～20nm以内。这类材料包括：氟化锂、氟化钙、硫化铜、碘化铜、碘化钠等。
(3)第二层有机半导体层的制备，同第一层制备方法。
(5)电极的制备。
电极制备相对简单，源漏电极根据与其接触的有机半导体层的性质及其能级选用合适的电极材料。P型半导体的HOMO能级应不大于电极的功函数，N型半导体的LUMO能级应不小于电极的功函数，这样载流子注入才不会受能级势垒的阻碍。对于易熔材料，采用真空蒸发的方法，如金、铜、铝、银、镁等，对于难熔材料，可采用溅射的办法制备，如铬、钛、钼、ITO、钨等。另外如果存在电荷注入能级势垒，还可以采用电极修饰层来降低势垒高度。修饰层可采用钙，镁，钠等金属，或者无机化合物，如氟化锂、氟化镁、氟化钙、硫化铜、碘化铜、碘化钠等。栅电极的制备。对于单晶硅基板，本身就是栅电极。对于易熔金属，采用真空蒸发的办法来制备栅电极，这类材料包括金、铝、铜、银等，另外还可采用磁控溅射的方法制备难熔栅电极，这类材料包括铬、钛、钼、ITO、钨等。
(6)绝缘层的制备。
高分子聚合物绝缘层的制备，选用适当的聚合物绝缘层材料，比如PVP、PVA、PS、PMMA、PVC PCA、PTFE等，并用相应可溶解的溶剂溶解，去离子水或易挥发的有机溶剂，配置一定比例的溶液，适当时候需要加热，磁力搅拌直至保证聚合物分子能够很好地分散在溶剂中，并采用过滤器过滤掉大分子及杂质，适量滴于镀有栅电极的基板上，并选用合适的转速和时间旋涂，制备适当厚度的绝缘层，为了保证绝缘效果，先高温交联一到两小时，之后低温退火24小时以上以保证其中的溶剂全部蒸发掉。另外还可采用聚合物溶剂中溶解一定比例的无机电介质纳米材料，这类材料包括Ta2O5、Al2O3、SiO2、TiO2、SiN1～1.5等，这类材料更需要过滤掉大颗粒物质，保证均匀成膜。无机难熔绝缘层一般采用磁控溅射来制备，这类材料包括Ta2O5、Al2O3、SiO2、TiO2、SiN1～1.5等。
采用此种技术制备出来的器件，与传统器件相比，最大的区别在于两种不同性质的有机半导体层之间夹了一薄层聚合物，用来抵消有机异质结产生的偶极子对电荷传输带来的影响，消除了那种先耗尽再增强的输出特性曲线，使输出信号更加明确，不会产生多余的错误信号；另外，由于夹层聚合物非常薄，而且绝缘性相对较低，对下层半导体层的电荷传输也不会造成明显影响，成膜性和晶化性都有很大程度的增强。有效实现了两种特性(N型和P型)都增强的双极型OTFT的电学输出性能，为有机互补反相器及有机互补电路制备工艺的简化及实用性起到了关键的作用。
Claims (12)
1.一种双极型有机薄膜晶体管，其特征在于依次由基板(8)、栅极(7)、绝缘层(6)、第一层有机半导体层(5)、中间隔离层(4)、第二层有机半导体层(3)、源漏电极(1，2)层叠构成顶接触结构；或者由基板(8)、栅极(7)、绝缘层(6)、第一层有机半导体层(5)、中间隔离层(4)、源漏电极(1，2)、第二层有机半导体层(3)层叠构成底接触结构。
2.一种双极型有机薄膜晶体管，其特征在于依次由基板(8)、栅极(7)、绝缘层(6)、第一层有机半导体层(5)、中间隔离层(4)、第二层有机半导体层(3)、源漏电极(1，2)层叠构成顶接触结构；或者由基板(8)、栅极(7)、绝缘层(6)、第一层有机半导体层(5)、中间隔离层(4)、源漏电极(1，2)、第二层有机半导体层(3)层叠构成底接触结构。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管，其特征在于所述基板(8)材料可为硅片、玻璃、塑料或者陶瓷中任一种。
4.根据权利要求1和权利要求2所述的双极型有机薄膜晶体管，其特征在于所述的两层半导体层(5，3)中间加入的中间隔离层(4)的材料是电导率介于10-6～10-18Ω-1cm-1的近绝缘材料。
5.根据权利要求1、或2、或3所述的双极型有机薄膜晶体管，其特征在于所述第一层有机半导体层(5)如果采用n型材料，那么第二层有机半导体层(3)采用p型材料；第一层有机半导体层(5)如果采用p型材料，那么第二层有机半导体层(3)采用n型材料。
6.根据权利要求4所述的双极型有机薄膜晶体管，其特征在于所述的n型材料为氟代酞菁铜(F16CuPc)、氟代酞菁锌(F16ZnPc)、氟代酞菁铁(F16FePc)、氟代酞菁钴(F16CoPc)、氯代酞菁铜(Cl16CuPc)、氯代酞菁锌(Cl16ZnPc)、氯代酞菁铁(Cl16FePc)、氯代酞菁钴(Cl16CoPc)、氟代六噻吩(DFH-6T)、氯代六噻吩(DCIH-6T)、C60、3，4，9，10-苝四羧酸二酐(PTCDA)，N，N’-二苯基-3，4，9，10-苝四羧酸二胺(DP-PTCDI)、四氰基二甲基醌(TCNQ)、1，4，5，8-萘四羧酸二酐(NTCDA)、1，4，5，8-萘四羧酸二胺(NTCDI)、11，11，12，12-四氰基二甲基萘醌(TCNNQ)、四甲基四硒代富瓦烯(TMTSF)中任选一种或多种；所述的p型材料为酞菁铜(CuPc)、酞菁锌(ZnPc)、酞菁镍(NiPc)、酞菁钴(CoPc)、自由酞菁(H2Pc)、酞菁铂(PtPc)、酞菁铅(PbPc)、并五苯(Pentacene)、并三苯、并四苯、红荧烯、6P、BP2T、5，5’-二(2-萘基)-2，2’-二噻吩(NaT2)、5，5”-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”-三噻吩(NaT3)、NaT4、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩(NaT5)、5，5””-二(2-萘基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””：5””，2””-六噻吩(NaT6)、2，5-二(2-萘基)-[3，2-b]并二噻吩(NaTT2)、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二噻吩(TNT2)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”-三噻吩(TNT3)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩(TNT4)、5，5”-二(2-硫茚基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’：5”’，2””-五噻吩(TNT5)、2，5-二(2-硫茚基)-[3，2-b]并二噻吩(TNTT)、5，5’-二(2-硫茚基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩(TNTT2)、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩(PhT2)、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二噻吩(PhT2)、5，5”-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”-三噻吩(PhT3)、5，5”’-二(2-菲基)-2，2’：5’，2”：5”，2”’-四噻吩(PhT4)、2，5-(2-菲基)-[3，2-b]并二噻吩(PhTT)、5，5’-二(2-菲基)-2，2’-二[3，2-b]并二噻吩(PhTT2)、聚吡咯(polypyrrolle，PP)、聚噻吩(Polythiophene，PT)、聚三六甲基噻吩(P3HT)、聚苯酚(Poly(p，p’-biphenol)，PBP)、聚2，5噻吩乙炔(poly(2，5-thienylenevinylene)，PTV)中的任选一种或多种。
7.根据权利要求3所述的双极型有机薄膜晶体管，其特征在于所述的中间隔离层(4)材料为聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯(PVC)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙基丙烯酸酯(PCA)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF)、硫化铜(CuS)、碘化铜(CuI2)和碘化钠(NaI)中任选一种或多种。
8.根据权利要求3所所述的双极型有机薄膜晶体管，其特征在于所述中间隔离层(4)为一种或几种材料的混合复合层及多层膜结构，厚度在1纳米至100纳米之间。
9.一种双极型有机薄膜晶体管的制作方法，用于制备根据权利要求1所述的双极型有机薄膜晶体管，其特征在于格结构层分别采用下述方法依次逐层制备：
(1)选用合适的基板衬底；
(2)采用真空蒸发或溅射技术制备栅电极或源漏电极；
(3)采用旋涂或溅射技术制备栅极电介质绝缘层；
(4)采用真空蒸发或旋涂技术制备第一层有机半导体层；
(5)采用真空蒸发或旋涂技术制备中间隔离层；
(6)采用真空蒸发或旋涂技术制备第二层有机半导体层。
10.根据权利要求8所述的有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于所述有机半导体层(3，5)若是有机小分子，采用真空蒸镀的方法制备，真空度小于10-3Pa。若是高分子聚合物采用旋涂、印刷或浸泡的方法制备。
11.根据权利要求8所述的双极型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于所述的栅极材料选用Au、Al、Cu、Mo、Cr、Ti、ITO、W、Ag、Ta，采用溅射或蒸发的方法制备。源漏电极(1，2)材料选用Au、Ag、Mo、Al、Cu、Cr、Ti、Mg、Ca中的一种或多种。
12.根据权利要求8所述的双极型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于所述的绝缘层(6)可通过溅射或蒸发形成Ta2O5、Al2O3、SiO2、TiO2和SiN1～1.5等中的一种或多种材料制备的薄膜；或着通过溶液旋涂一层或几层聚合物薄膜，或者混合溶液制备的复合膜，聚合物材料包括聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯(PVC)聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙基丙烯酸酯(PCA)中的一种或多种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010023086A CN101777625A (zh) | 2010-01-21 | 2010-01-21 | 一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010023086A CN101777625A (zh) | 2010-01-21 | 2010-01-21 | 一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101777625A true CN101777625A (zh) | 2010-07-14 |
Family
ID=42514015
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010023086A Pending CN101777625A (zh) | 2010-01-21 | 2010-01-21 | 一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101777625A (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102154688A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-08-17 | 长春圣卓龙电子材料有限公司 | 红荧烯弱外延生长薄膜及其在有机薄膜晶体管中的应用 |
| CN102544051A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-07-04 | 上海大学 | 有机互补反相器及其制备方法 |
| CN102683591A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制备有机场效应晶体管结构的方法 |
| CN102683592A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制备有机场效应晶体管结构的方法 |
| CN103178117A (zh) * | 2011-12-20 | 2013-06-26 | 上海中科联和显示技术有限公司 | 双极型薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN107528000A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-29 | 北京工业大学 | 一种利用rubrene/C 60双层异质结制备双极型有机场效应管的方法 |
| WO2018076960A1 (en) * | 2016-10-28 | 2018-05-03 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Semiconductor thin-film and manufacturing method thereof, thin-film transistor, and display apparatus |
| CN112366274A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-12 | 南京大学 | 一种n-型半导体插层并五苯有机场效应晶体管及应用 |
| CN112820779A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 上海应用技术大学 | 一种薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN112837996A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 上海应用技术大学 | 一种薄层二维材料的制备方法 |
| WO2021128840A1 (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 南京大学 | 一种提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法及结构 |
| CN113793901A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-14 | 南京大学 | 一种基于聚合物掺杂n-型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管 |
| CN114203914A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 绍兴文理学院 | 一种双极型近红外光敏场效应管及其制备方法 |
-
2010
- 2010-01-21 CN CN201010023086A patent/CN101777625A/zh active Pending
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102683591A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制备有机场效应晶体管结构的方法 |
| CN102683592A (zh) * | 2011-03-10 | 2012-09-19 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制备有机场效应晶体管结构的方法 |
| CN102154688A (zh) * | 2011-03-25 | 2011-08-17 | 长春圣卓龙电子材料有限公司 | 红荧烯弱外延生长薄膜及其在有机薄膜晶体管中的应用 |
| CN102154688B (zh) * | 2011-03-25 | 2013-12-04 | 长春圣卓龙电子材料有限公司 | 红荧烯弱外延生长薄膜及其在有机薄膜晶体管中的应用 |
| CN102544051A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-07-04 | 上海大学 | 有机互补反相器及其制备方法 |
| CN103178117A (zh) * | 2011-12-20 | 2013-06-26 | 上海中科联和显示技术有限公司 | 双极型薄膜晶体管及其制造方法 |
| CN103178117B (zh) * | 2011-12-20 | 2016-01-20 | 上海中科联和显示技术有限公司 | 双极型薄膜晶体管及其制造方法 |
| US10868266B2 (en) | 2016-10-28 | 2020-12-15 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Semiconductor thin-film and manufacturing method thereof, thin-film transistor, and display apparatus |
| WO2018076960A1 (en) * | 2016-10-28 | 2018-05-03 | Boe Technology Group Co., Ltd. | Semiconductor thin-film and manufacturing method thereof, thin-film transistor, and display apparatus |
| CN108011041A (zh) * | 2016-10-28 | 2018-05-08 | 京东方科技集团股份有限公司 | 半导体薄膜和薄膜晶体管、其制作方法、相关装置 |
| CN107528000A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-29 | 北京工业大学 | 一种利用rubrene/C 60双层异质结制备双极型有机场效应管的方法 |
| WO2021128840A1 (zh) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | 南京大学 | 一种提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法及结构 |
| CN112366274A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-12 | 南京大学 | 一种n-型半导体插层并五苯有机场效应晶体管及应用 |
| CN112820779A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 上海应用技术大学 | 一种薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN112820779B (zh) * | 2020-12-31 | 2022-12-16 | 上海应用技术大学 | 一种薄膜晶体管及其制备方法 |
| CN112837996A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-25 | 上海应用技术大学 | 一种薄层二维材料的制备方法 |
| CN112837996B (zh) * | 2021-01-05 | 2022-10-14 | 上海应用技术大学 | 一种薄层二维材料的制备方法 |
| CN113793901A (zh) * | 2021-09-16 | 2021-12-14 | 南京大学 | 一种基于聚合物掺杂n-型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管 |
| CN113793901B (zh) * | 2021-09-16 | 2023-11-07 | 南京大学 | 一种基于聚合物掺杂n-型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管 |
| CN114203914A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-18 | 绍兴文理学院 | 一种双极型近红外光敏场效应管及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101777625A (zh) | 一种双极型有机薄膜晶体管及其制作方法 | |
| CN104919596B (zh) | 双极型垂直场效应晶体管 | |
| Ren et al. | Organic field‐effect transistor for energy‐related applications: low‐power‐consumption devices, near‐infrared phototransistors, and organic thermoelectric devices | |
| Paterson et al. | Recent progress in high‐mobility organic transistors: a reality check | |
| Guo et al. | Functional organic field‐effect transistors | |
| Yang et al. | Understanding, optimizing, and utilizing nonideal transistors based on organic or organic hybrid semiconductors | |
| Sun et al. | Materials for Printable, Transparent, and Low‐Voltage Transistors | |
| Kumar et al. | Organic thin film transistors: structures, models, materials, fabrication, and applications: a review | |
| Sun et al. | Advances in organic field-effect transistors | |
| Leydecker et al. | Organic-based inverters: basic concepts, materials, novel architectures and applications | |
| CN101562231B (zh) | 基于强关联电子体系的有机太阳能电池及其制备方法 | |
| Li et al. | Organic thin-film transistors of phthalocyanines | |
| Cho et al. | n-Doping of thermally polymerizable fullerenes as an electron transporting layer for inverted polymer solar cells | |
| Xie et al. | Structures, properties, and device applications for [1] benzothieno [3, 2‐b] benzothiophene derivatives | |
| KR20110052691A (ko) | 유기 박막 트랜지스터 제조 방법, 유기 박막 트랜지스터 및 유기 발광 다이오드 디바이스 | |
| Saudari et al. | Device configurations for ambipolar transport in flexible, pentacene transistors | |
| Yakuphanoglu et al. | Effects of channel widths, thicknesses of active layer on the electrical and photosensing properties of the 6, 13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene transistors by thermal evaporation method: comparison study | |
| Jeon et al. | Functionalized organic material platform for realization of ternary logic circuit | |
| Unni et al. | Ambipolar organic field-effect transistor fabricated by co-evaporation of pentacene and N, N′-ditridecylperylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic diimide | |
| Yang et al. | Effects of inserting thiophene as a π-bridge on the properties of naphthalene diimide-alt-fused thiophene copolymers | |
| Chen et al. | A novel organic n-type material: fluorinated perylene diimide | |
| CN101924184A (zh) | 一种有机薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108701770A (zh) | 光伏元件 | |
| Kim et al. | Polymeric p–n heterointerface for solution‐processed integrated organic optoelectronic systems | |
| US20130234116A1 (en) | Organic microelectronic device and fabrication method therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100714 |