CN103378291A - 一种双极型有机光敏场效应管 - Google Patents

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吕文理
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Abstract

本发明公开了一种双极型有机光敏场效应管的设计与制备方法。在常规结构有机光敏场效应管的源极-有机半导体沟道和漏极-有机半导体沟道之间加入一层载流子阻挡层，有效地提高了光电流，降低了暗电流。载流子阻挡层分为电子阻挡层和空穴阻挡层两种。对p-型有机光敏沟道，选用高功函数金属作为源极和漏极，低HOMO能级n-型材料，如C60等作为空穴阻挡层；而对n-型有机光敏沟道，选用低功函数金属作为漏极和源极，高LUMO能级p-型材料作为电子阻挡层，如酞菁铜等。依据上述技术思路发明的双极性有机光敏场效应管结构包括衬底、栅极、栅介质、有机光敏沟道，载流子阻挡层，漏极和源极。载流子阻挡层与有机光敏沟道形成的p-型/n-型异质结，一方面增大了无光照时漏极与源极之间的阻抗，从而降低了暗电流，另一方面有利于光生激子的离解，从而提高了光电转换效率。因此本发明光具有光电流/暗电流比高的优点。

Description

一种双极型有机光敏场效应管
技术领域
本发明涉及一种双极型有机光敏场效应管制造方法，属于固体电子器件技术领域。
背景技术
与无机薄膜场效应管类似，有机场效应管包括衬底、栅极、栅介质、有机半导体沟道、源极和漏极。大部分有机半导体材料属于单载流子传输型，即它对一种载流子的迁移率远远大于对另一种载流子的迁移率。通常电子迁移率远远大于空穴迁移率的材料称为电子传输型材料，简称n-型材料，而空穴迁移率远远大于电子迁移率的材料称为空穴传输型材料，简称p-型材料。在有机半导体中，电子在最低未占据轨道(lowest unoccupied molecular orbital)-(LUMO)上传输，而空穴在最高已占据轨道(highest occupied molecularorbital)-(HOMO)上传输。在有机场效应管中，为了尽量增大源极和漏极之间的电流传输能力，通常选用费米能级接近沟道层材料载流子传输能级的金属作为的源极和漏极。对于p-型材料通常选用高功函数金属作为源极和漏极，以尽量降低将空穴从漏极注入到有机沟道HOMO能级的势垒。而对于n-型材料通常选用低功函数金属作为源极和漏极，以尽量降低将电子从源极注入到有机沟道LUMO能级的势垒。有机场效应管通常采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触、顶栅顶接触四种结构。
有机光敏场效应管具有光电转换效率高，可以大面积低成本制造等优点。有机光敏场效应管有单极和双极之分。单极型光敏场效应管的沟道中只有一种电荷载流子(电子或空穴)对电流有贡献，而另一种载流子的贡献则小到可以忽略。而在双极型有机光敏场效应管中，两种载流子都对电流有贡献。双极型光敏场效应管对于制造低功耗的互补光电子电路具有重要意义。制备双极型光敏场效应管的常用方法是(1)采用双极型有机光敏材料作为沟道层；(2)采用有利于少子注入的源漏电极，使注入的低迁移率载流子多于高迁移率载流子，从而使两种载流子对电流的贡献大体相当。这两种方法都具有光电转换效率低，暗电流大的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双极型有机光敏场效应管的新结构，以提高光电转换效率，降低暗电流。
本发明的目的是这样实现的：本发明在常规结构有机光敏场效应管的源极-有机半导体沟道和漏极-有机半导体沟道之间加入一层载流子阻挡层，有效地提高了光电流，降低了暗电流。载流子阻挡层分为电子阻挡层和空穴阻挡层两种。对p-型有机光敏沟道，选用高功函数金属作为源极和漏极，低HOMO能级n-型材料，如C60等作为空穴阻挡层；而对n-型有机光敏沟道，选用低功函数金属作为漏极和源极，高LUMO能级p-型材料作为电子阻挡层，如酞菁铜等。
依据上述技术思路发明的双极性有机光敏场效应管结构包括衬底、栅极、栅介质、有机光敏沟道，载流子阻挡层，漏极和源极。载流子阻挡层与有机光敏沟道形成的p-型/n-型异质结，一方面增大了无光照时漏极与源极之间的阻抗，从而降低了暗电流，另一方面有利于光生激子的离解，从而提高了光电转换效率。因此本发明光具有光电流/暗电流比高的优点。
附图说明
图1是底栅底接触有机场效应管结构示意图；
图2是底栅顶接触有机场效应管结构示意图；
图3是顶栅底接触有机场效应管结构示意图；
图4是顶栅顶接触有机场效应管结构示意图；
图5是以p-型光敏材料为沟道，采用底栅顶接触时本发明示意图；
图6是以n-型光敏材料为沟道，采用底栅顶接触时本发明示意图。
具体实施方式
以重掺杂n+-Si/SiO2为栅极/栅介质，并兼作衬底，并五苯为光敏沟道，C60为空穴阻挡层，采用底栅顶接触的结构形式。
本发明制备过程如下：
a)用标准工艺清洗n+-Si/SiO2衬底；
b)用真空蒸发方法在n+-Si/SiO2上制备一层并五苯薄膜；
c)用真空蒸发方法制备低HOMO能级电子传输材料C60薄膜。沟道长度和源、漏电极面积通过掩膜板限定。
d)保持掩膜板不动，继续用真空蒸发方法制备高功函数金属Au作为漏极和源极。

Claims (7)

1.一种双极型有机光敏场效应管，其特征在于它由衬底、栅极、绝缘栅、有机光敏沟道、载流子阻挡层、漏极和源极组成。
2.权利要求1所述的双极型有机光敏场效应管其特征在于载流子阻挡层位于源极和有机光敏沟道，以及漏极与有机光敏沟道之间。
3.权利要求1所述的双极型有机光敏场效应管其特征在于，当有机光敏沟道为p-型时，源、漏电极采用高功函数金属，如Au等，而载流子阻挡层为空穴阻挡层，采用低HOMO能级(HOMO绝对值大)电子传输型材料。当有机光敏沟道为n-型时，源、漏电极采用低功函数金属，如Al等，而载流子阻挡层为电子阻挡层，采用高LUMO能级(LUMO绝对值小)空穴传输型材料。
4.权利要求1所述的双极型有机光敏场效应管其特征在于沟道的薄膜结构不受限制，可以是有机非晶、纳米晶、多晶和晶体薄膜，也可以是掺杂或混和薄膜。
5.权利要求1所述的双极型有机光敏场效应管其特征在于载流子阻挡层的薄膜结构不受限制，可以是非晶、纳米晶和多晶。
6.权利要求1所述的双极型有机光敏场效应管其特征在于载流子阻挡层的材料种类不受限制，可以是有机小分子、聚合物，配合物，也可以是无机半导体材料，或超薄绝缘材料。
7.权利要求1所述的双极型有机光敏场效应管其特征在于器件结构不受限制，可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触、顶栅顶接触结构。
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