CN102610757A - 一种有机薄膜场效应晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备有机薄膜场效应晶体管的方法，将高分子聚合物和有机半导体分子的混合物溶解到有机溶剂中，形成混合溶液；然后通过电纺丝设备将混合溶液喷至在源、漏电极间的沟道中，形成有机半导体纳米纤维膜，作为有机薄膜场效应晶体管的有源层。通过电纺丝技术实现了低成本、大规模纳米尺度高效有机薄膜场效应晶体管的大规模制作。同时，该制备方法要求的环境很宽松，不需要在手套箱等无水无氧环境下实施，简化了工艺，且制得的有机电子器件具有很强的抗水氧能力，很好的改善了有源层膜的制备方法来获得高性能的场效应晶体管。
Description
技术领域
本发明涉及半导体场效应晶体管器件的制备方法，尤其涉及有机薄膜场效应晶体管的制备方法及一种有机半导体分子与高分子聚合物的混合溶液。
背景技术
有机场效应晶体管由于在柔性显示，有机集成电路，电子识别等方面具有潜在用途引起了人们广泛的研究兴趣。近年来，有机场效应晶体管不论在新型稳定的有机半导体材料设计合成及器件制备等方面均取得了长足的发展。
众所周知，决定有机场效应晶体管性能的主要因素是有源层薄膜的结构和形貌。目前，制备OFET有源层薄膜的工艺主要为真空镀膜、光刻、电子束刻蚀等工艺，但使用这些方法制备的器件都是在硅片基底上的，显然这些技术并没有带来有机电子器件的潜在优点，如制造成本低，及实现柔性化等。溶液法由于其具有操作简单，反应温度低等优点备受研究者关注。为此，人们开始探索溶液法来制备有源层薄膜，通常用于制备有源层薄膜的溶液法主要包括旋涂、LB膜和印刷方式。旋涂和LB成膜具有成本低，操作简单，同时可以大面积生产等优点，但是对薄膜的厚度难以控制，同时分子排列无序，容易混入杂质成为制约旋涂和LB成膜工艺发展的缺点。而印刷法具有可实现器件图案化，与柔性衬底兼容等优势，近年来广大研究者正在努力探索将喷墨打印、气溶胶打印等印刷技术应用于OFET的制备。但使用印刷成膜存在的缺点是，对墨水的粘度、表面张力等物理化学性质要求极为苛刻，同时印刷设备本身的成本高，并没有实现真正意义上的低成本生产。此外，无论是旋涂成膜、LB成膜还是印刷成膜，这些方法使用的溶剂及基底对膜的质量影响极为敏感，例如，挥发速率，基底的表面能等对共混膜的结晶性及两相混合物的相分离将产生很大影响，进而影响器件的性能。有的甚至还需要价格昂贵的印刷设备，难以实现低成本、大面积生产。因此，开发一种低成本，同时能更好的改善有源层膜的制备方法来获得高性能的场效应晶体管显得尤为迫切。
发明内容
为了技术领域上的需要，本发明提供了一种制备有机薄膜场效应晶体管的方法，包括：
将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；以及，
通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，所述场效应晶体管为底栅-顶接触、底栅-底接触、顶栅-顶接触、顶栅-顶接触的结构中的一种。
其中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在20～100℃的条件下搅拌1～48h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。
其中，通过电纺丝设备制备有源层的方法包括：
将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
挥发有机溶剂，形成有源层。
其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为0.1～10。
其中，采用红外灯加热技术挥发有机溶剂。
其中，所述喷丝管的管头内径为0.5～5mm，喷丝管到接受板的距离为5～30cm。
其中，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈，聚丙烯酸，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
其中，所述有机半导体分子包括有机小分子化合物或有机半导体聚合物中的至少一种。
其中，有机小分子化合物为稠环芳香族有机半导体化合物，包括并苯类、金属酞菁类、苝、苝酰亚胺衍生物、苝酐类，四氟基对苯鲲二甲烷金属类、富勒烯及或其它的具有平面分子构成的有机半导体化合物中的至少一种。
其中，有机半导体聚合物包括聚3基噻吩系列、聚噻吩系列中的至少一种。
其中，在衬底上制备源、漏电极的方法包括气溶胶印刷法、喷墨印刷法，磁控溅射，光刻或真空蒸镀沉积法之一的方法。
其中，所述衬底为玻璃、陶瓷、硅、塑料中的至少一种。
其中，源、漏电极的材质是金、银、铜、PEDOT:PSS聚合物材料中之一。
本发明公开了一种制备有机薄膜场效应晶体管的方法，通过电纺丝技术实现低成本、大规模纳米尺度高效有机薄膜场效应晶体管的大规模制作。同时，该制备方法要求的环境很宽松，不需要在手套箱等无水无氧环境下实施，简化了工艺，且制得的有机电子器件具有很强的抗水氧能力，很好的改善了有源层膜的制备方法来获得高性能的场效应晶体管。
附图说明
图1为本发明实施例的制备有机薄膜场效应晶体管的方法流程图。
图2为本发明实施例的通过电纺丝设备制备有源层的方法流程图。
图3为本发明实施例的基于底栅-底接触的有机薄膜场效应晶体管的结构图。
图4为本发明实施例的基于顶栅-顶接触的有机薄膜场效应晶体管的结构图。
图5为本发明实施例的基于底栅-顶接触的有机薄膜场效应晶体管的结构图。
图6为本发明实施例的基于顶栅-底接触的有机薄膜场效应晶体管的结构图。
图7为本发明实施例的有源层交联膜的形貌示意图。
具体实施方式
下面参照附图，结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
参见图1、图2、图5和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图5所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在20℃的条件下搅拌1h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为0.1，高分子聚合物的质量浓度为1wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104V电压，喷丝管的管头内径为0.5mm，喷丝管到接受板的距离为5cm，高分子聚合物为聚丙烯腈，有机半导体分子为有机半导体小分子并苯类。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图3)；顶栅-顶接触结构(参见图4)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例2
参见图1、图2、图4和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图4所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为陶瓷材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在100℃的条件下搅拌48h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为10，高分子聚合物的质量浓度为20wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上105V电压，喷丝管的管头内径为5mm，喷丝管到接受板的距离为30cm，高分子聚合物为聚丙烯酸，有机半导体分子为苝。
其中，源、漏电极4的材质为银，制备源、漏电极4的方法为喷墨印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图3)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例3
参见图1、2、5、7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图5所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为硅物质，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在80℃的条件下搅拌10h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为2，高分子聚合物的质量浓度为5wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上20KV电压，喷丝管的管头内径为1mm，喷丝管到接受板的距离为10cm，高分子聚合物为聚苯乙烯，有机半导体分子为苝酰亚胺衍生物。
其中，源、漏电极4的材质为铜，制备源、漏电极4的方法为磁控溅射，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图3)；顶栅-顶接触结构(参见图4)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例4
参见图1、2、6、7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图6所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为塑料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在50℃的条件下搅拌25h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为5，高分子聚合物的质量浓度为10wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上50KV电压，喷丝管的管头内径为2.5mm，喷丝管到接受板的距离为15cm，高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，有机半导体分子为金属酞菁类。
其中，源、漏电极4的材质为PEDOT:PSS聚合物材料，制备源、漏电极4的方法为光刻，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图3)；顶栅-顶接触结构(参见图4)，或者底栅-顶接触结构(参见图5)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例5
参见图1、2、3、7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在35℃的条件下搅拌37h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为7，高分子聚合物的质量浓度为15wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上80KV电压，喷丝管的管头内径为4mm，喷丝管到接受板的距离为23cm，高分子聚合物为聚丙烯腈和聚丙烯酸的混合物，有机半导体分子为四氟基对苯鲲二甲烷金属类。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为真空蒸镀沉积法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例6
参见图1、图2、图3和图7，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在45℃的条件下搅拌5h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为3，高分子聚合物的质量浓度为3wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上30KV电压，喷丝管的管头内径为2mm，喷丝管到接受板的距离为20cm，高分子聚合物为聚丙烯酸和聚苯乙烯的混合物，有机半导体分子为苝酐类。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；5底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例7
参见图1、图2、图3和图7，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在65℃的条件下搅拌15h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为0.5，高分子聚合物的质量浓度为12wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上60KV电压，喷丝管的管头内径为3mm，喷丝管到接受板的距离为25cm，高分子聚合物为聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物，有机半导体分子为富勒烯。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例8
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在90℃的条件下搅拌30h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为8，高分子聚合物的质量浓度为8wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上70KV电压，喷丝管的管头内径为3.5mm，喷丝管到接受板的距离为18cm，高分子聚合物为聚丙烯腈、聚丙烯酸和聚苯乙烯的混合物，有机半导体分子为有机半导体小分子并苯类和金属酞菁类的混合物。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例9
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在75℃的条件下搅拌20h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为6，高分子聚合物的质量浓度为17wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上40KV电压，喷丝管的管头内径为1.5mm，喷丝管到接受板的距离为12cm，高分子聚合物为聚丙烯酸，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物，有机半导体分子为有苝、苝酰亚胺衍生物、苝酐类和四氟基对苯鲲二甲烷金属类的混合物。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例10
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在60℃的条件下搅拌13h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为4，高分子聚合物的质量浓度为6wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上45KV电压，喷丝管的管头内径为2.2mm，喷丝管到接受板的距离为16cm，高分子聚合物为聚丙烯腈，聚丙烯酸，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物，有机半导体分子为有机聚合物聚3基噻吩系列。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图4)；顶栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例11
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在40℃的条件下搅拌18h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为1，高分子聚合物的质量浓度为14wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上90KV电压，喷丝管的管头内径为4.5mm，喷丝管到接受板的距离为8cm，高分子聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的混合物，有机半导体分子为聚噻吩系列。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例12
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在30℃的条件下搅拌22h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为9，高分子聚合物的质量浓度为16wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上55KV电压，喷丝管的管头内径为0.8mm，喷丝管到接受板的距离为22cm，高分子聚合物为聚丙烯腈、聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物，有机半导体分子为聚噻吩系列。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例13
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在25℃的条件下搅拌40h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为0.8，高分子聚合物的质量浓度为7wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上35KV电压，喷丝管的管头内径为3.8mm，喷丝管到接受板的距离为6cm，高分子聚合物为聚丙烯酸，有机半导体分子为有机半导体有机聚合物聚3基噻吩系列或者聚噻吩系列的混合物。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例14
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在70℃的条件下搅拌28h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为7.5，高分子聚合物的质量浓度为7wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上25KV电压，喷丝管的管头内径为0.8mm，喷丝管到接受板的距离为19cm，高分子聚合物为聚丙烯酸，有机半导体分子为聚3基噻吩系列和并本类的混合物。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为底栅-底接触结构(参见图4)；顶栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例15
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在25℃的条件下搅拌40h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为5.5，高分子聚合物的质量浓度为7wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上35KV电压，喷丝管的管头内径为1.2mm，喷丝管到接受板的距离为7cm，高分子聚合物为聚丙烯酸，有机半导体分子为苝和聚噻吩系列的混合物。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
实施例16
参见图1、图2、图3和图7，如图1所示，本实施例提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法包括：
S101，将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；
S102，通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
其中，如图3所示，本实施例的场效应晶体管包括衬底1、栅电极2、绝缘层3、源、漏电极4和有源层5。其中，衬底1为玻璃材料，在本实施例中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在29℃的条件下搅拌43h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为5.8，高分子聚合物的质量浓度为7wt％。
如图2所示，通过电纺丝设备制备有源层5的方法包括：
S201，将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
S202，将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
S203，通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
S204，挥发有机溶剂，形成有源层。
在本实施例中，给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上35KV电压，喷丝管的管头内径为1.9mm，喷丝管到接受板的距离为9cm，高分子聚合物为聚丙烯酸，有机半导体分子为四氟基对苯鲲二甲烷金属类。
其中，源、漏电极4的材质为金，制备源、漏电极4的方法为气溶胶印刷法，挥发有机溶剂时可采用20℃-150℃的红外灯进行加热处理。
如图7所示为有源层5的交联膜示意图。
其中，本实施例的场效应晶体管结构还可为顶栅-顶接触结构(参见图4)；底栅-顶接触结构(参见图5)，或者顶栅-底接触结构(参见图6)，制备有源层的方法一致，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，制备的有机薄膜场效应晶体管具有显著优势：
(1)本发明使用的电纺丝制备有源层为交联状的纤维结构，可以更好的改善其电子传输特性，从而提高器件性能。
(2)采用电纺丝制备有源层，不受基底的种类所限制，既可以是硅基底，也可以是柔性聚合物。
(3)可以采用电纺丝在源漏电极间进行精确定位的有机层制备，器件尺寸可以做到纳米尺度，因此对器件原材料的需求量极低。
(4)无需在手套箱等无水无氧的环境下就可以进行大规模大容量高效有机薄膜场效应晶体管的生产，所制作的器件具有很强的抗水氧能力。
上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，包括：
将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；以及，
通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。
2.如权利要求1所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述场效应晶体管为底栅-顶接触、底栅-底接触、顶栅-顶接触、顶栅-顶接触的结构中的一种。
3.如权利要求2所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，通过电纺丝设备制备有源层的方法包括：
将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；
将待沉积有源层的表面作为接受板接地；
通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上104～105V电压制备有机半导体纳米纤维膜；
挥发有机溶剂，形成有源层。
4.如权利要求3所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为0.1～10。
5.如权利要求3或4所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在20～100℃的条件下搅拌1～48h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。
6.如权利要求5所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，采用红外灯加热技术挥发有机溶剂。
7.如权利要求6所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述喷丝管的管头内径为0.5～5mm，喷丝管到接受板的距离为5～30cm。
8.如权利要求7所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚苯乙烯以及聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。
9.如权利要求8所述的制备有机薄膜场效应场效应晶体管的方法，其特征在于，所述有机半导体分子包括有机小分子化合物或有机半导体聚合物中的至少一种。
10.如权利要求9所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述有机小分子化合物为稠环芳香族有机半导体化合物，包括并苯类、金属酞菁类、苝、苝酰亚胺衍生物、苝酐类，四氟基对苯鲲二甲烷金属类、富勒烯及或其它的具有平面分子构成的有机半导体化合物中的至少一种。
11.如权利要求10所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述有机半导体聚合物包括聚3基噻吩系列，聚噻吩系列中的至少一种。
12.如权利要求11所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，在衬底上制备源、漏电极的方法是气溶胶印刷法、喷墨印刷法、磁控溅射、光刻、真空蒸镀沉积法之一。
13.如权利要求12所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，所述衬底为玻璃、陶瓷、硅、塑料中的至少一种。
14.如权利要求13所述的制备有机薄膜场效应晶体管的方法，其特征在于，源、漏电极的材质是金、银、铜、PEDOT:PSS聚合物材料中之一。
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