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Abstract

本发明公开了一种改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，所述的有机薄膜晶体管包括栅电极、源电极、漏电极、有源层和绝缘层，所述的有源层为微量有机小分子掺杂的有机半导体材料。本发明采用简单的微掺杂法，将有机小分子掺杂的有机半导体材料作为有机薄膜晶体管的有源层；有效改善了有机薄膜晶体管的稳定性，提高器件使用寿命；方法简单，成本低，有利于推广应用，具备显著的经济和社会效益。

Description

一种改善有机薄膜晶体管稳定性的方法
技术领域
本发明属于有机光电子技术领域，具体涉及一种改善有机薄膜晶体管稳定性的方法。
背景技术
近年来有机光电子技术的迅猛发展吸引了全世界的目光，这一领域已成为各国学术研究机构和产业界研究和开发的对象。目前，有机薄膜晶体管（organic thin-film transistors, OTFTs）、有机太阳能电池（organic solar cells, OSCs）、有机发光二极管（organic light-emitting diodes, OLEDs）、光波导（waveguide）等电子器件均已研发成功。特别是OTFTs驱动的液晶显示屏、OLEDs显示器件的商业化和E-ink电子书的研制成功，进一步向人们展示了有机光电子技术诱人的应用前景。其中有机小分子和共轭高分子场致载流子导电的发现，使用有机半导体活性层制备的新型场效应晶体管被认为具有可代替价格昂贵的硅等无机晶体管的潜在价值，越来越成为国内国外研究的一个热点。有机薄膜晶体管不仅可采用旋涂、浇铸、喷墨打印等简单的溶液法来制备，而且可以方便的实现大面积和柔性电子产品的制备，在平板显示器驱动、电子书、电子芯片以及电子卡片等领域有着极其广泛的应用价值。
虽然近几年有机薄膜晶体管的研究取得了很大的进展，但与无机晶体管性能相比还存在器件稳定性差、迁移率较低等缺点，大大限制了其在产品中的应用。针对这些问题，广大研究工作者提出了很多的方法来改进，例如通过调节有机分子结构，改善半导体能级结构，或热处理、溶剂处理、界面修饰、自组装等方法改进有机半导体成膜工艺，以及调节有机半导体与绝缘层的界面性质等方式来改善有机半导体晶体管稳定性。但这些方法都存在制备工艺复杂、改善程度有限和重复性差等缺点。因此如何能寻找一种既简便，又不破坏原有器件性能，而且重复性好的提高有机薄膜晶体管稳定性技术，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，采用简单的微掺杂法，将有机小分子掺杂的有机半导体材料作为有机薄膜晶体管的有源层；有效改善了有机薄膜晶体管的稳定性，提高器件使用寿命；方法简单，成本低，有利于推广应用，具备显著的经济和社会效益。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，所述的有机薄膜晶体管包括栅电极、源电极、漏电极、有源层和绝缘层，微量有机小分子掺杂的有机半导体材料作为有机薄膜晶体管的有源层。
有源层中有机小分子掺杂浓度为有机半导体材料质量的0.0001%-1%。
有源层的厚度为10nm-1000nm。
有源层的制备方法为真空镀膜法或溶液制膜法（旋涂、滴膜、浸泡、喷墨印刷、凹版印刷或丝网印刷）。
所述的有机半导体材料为具有高载流子迁移率的功能材料：稠环芳香烃、硫族杂稠环、硫族杂环寡聚物、四硫富瓦烯、含氮杂稠环、三芳胺、含氮共轭大环分子、联苯、芳香胺、含氟化合物、稠环酸酐、稠环酰亚胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一种或多种。
所述的有机小分子为稠环芳香烃、硫族杂稠环、硫族杂环寡聚物、四硫富瓦烯、含氮杂稠环、三芳胺、含氮共轭大环分子、联苯、芳香胺、含氟化合物、稠环酸酐、稠环酰亚胺、C60、C70及其衍生物中的一种或多种。
所述的绝缘层为聚合物薄膜或无机化合物薄膜。
所述的源电极和漏电极材料为透明导电材料、有机导电材料或金属导电材料；所述的透明导电材料为In2O3:Sn、SnO2:Sb、SnO2:F或ZnO:Al；有机导电材料为PEDOT:PSS或纳米碳管。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）方法简单：采用简单的微掺杂法，将小分子掺杂到有机半导体材料作为有机薄膜晶体管的有源层；（2）有效性：通过选取合适的的掺杂剂，可有效改善有机薄膜晶体管的稳定性，提高器件使用寿命；（3）本发明有源层可采用喷墨打印、旋涂或滴膜等湿法工艺，便于大面积的制作，降低制作成本。
附图说明
图1为本发明实例中有机半导体材料聚3-己基噻吩(P3HT)、掺杂剂N,N'-二苯基-N,N'-二(3-甲基苯基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(TPD)和(6,6)-苯基C60丁酸甲基酯（PCBM）的分子结构示意图；
图2为本发明实例所提供有机薄膜晶体管的结构示意图；
图3为本发明实例1所提供未掺杂器件与微量TPD掺杂P3HT有机薄膜晶体管的开关比在空气中随时间变化曲线；
图4为本发明实例1所提供未掺杂器件与微量TPD掺杂P3HT有机薄膜晶体管的迁移率在空气中随时间变化曲线；
图5为本发明实例2所提供未掺杂器件与微量PCBM掺杂P3HT有机薄膜晶体管的开关比在空气中随时间变化曲线。
图6为本发明实例2所提供未掺杂器件与微量PCBM掺杂P3HT有机薄膜晶体管的迁移率在空气中随时间变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明，但不作为对本发明的限定。
实例1如图2所示的结构中，采用Si（205）作栅电极并通过热氧化在其上形成一层300nm的SiO2（204）作为栅绝缘层。将Si片放入3:1的浓硫酸与双氧水配制的piranha溶液中，在加热的条件下处理20min，之后取出用大量的去离子水清洗，并用氮气吹去水滴放入烘箱烘干。通过掩膜板，采用真空蒸镀方法蒸一层100nm厚的Au（202）作为源、漏电极。为了提高Au与SiO2的结合力，在两者之间通过热蒸发引入一层5nm的Ti（203）膜。
将P3HT和TPD溶解到氯仿溶剂中，分别配成10mg/mL溶液，并用微量移液器将TPD溶液掺到P3HT溶液中，掺杂浓度为0.1 wt%。将配好的溶液滴在蒸有源、漏电极的Si片表面，通过旋涂的方法制成一层50nm左右掺杂的P3HT（201）膜。在Ar气保护下对该膜进行热处理5min，热处理温度为230℃。本发明实例所述有机薄膜晶体管电性能测试采用带有探针台的美国吉时利4200型半导体特性分析仪中进行。本发明实例所述有机薄膜晶体管都是在空气中进行保存与测试。
图3为本发明实例1所提供未掺杂器件与0.1%TPD掺杂P3HT有机薄膜晶体管的开关比在空气中随时间变化曲线。从图中可以看出，微量TPD掺杂P3HT不仅可以大幅度提高器件的开关比，而且可以显著改善器件的稳定性。例如在空气中存放72小时后，未掺杂器件的开关比从开始的1450急剧降到300，而掺杂0.1%TPD器件的开关比从开始的15000仅降到14800。
图4为本发明实例1所提供未掺杂器件与0.1%TPD掺杂P3HT有机薄膜晶体管的迁移率在空气中随时间变化曲线。从图中可以看出，在空气中存放360小时后，未掺杂的器件已经失效，而掺杂0.1%TPD器件的迁移率从开始的0.00302cm2V-1s-1变到0.0031 cm2V-1s-1。表明微量TPD掺杂P3HT在提高器件的迁移率的同时显著改善了器件的稳定性。（建议对附图简要说明）
实例2采用与实例1相同的器件结构，但在制备器件的过程中将0.1 wt%的PCBM代替0.1%TPD掺杂到P3HT有机薄膜晶体管中。
图5为本发明实例2所提供未掺杂器件与0.1%PCBM掺杂P3HT有机薄膜晶体管的开关比在空气中随时间变化曲线。从图中可以看出，微量PCBM掺杂P3HT不仅可以大幅度提高器件的开关比，而且可以显著改善器件的稳定性。例如在空气中存放24小时后，未掺杂器件的开关比从开始的1450急剧降到920，而掺杂0.1%PCBM器件的开关比从开始的14900仅降到14745。
图6为本发明实例2所提供未掺杂器件与0.1%PCBM掺杂P3HT有机薄膜晶体管的迁移率在空气中随时间变化曲线。从图中可以看出，在空气中存放360小时后，未掺杂的器件已经失效，而掺杂0.1%PCBM器件的迁移率从开始的0.00302cm2V-1s-1变到0.00372 cm2V-1s-1。表明微量PCBM掺杂P3HT在提高器件的迁移率的同时显著改善了器件的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，所述的有机薄膜晶体管包括栅电极、源电极、漏电极、有源层和绝缘层，其特征在于：微量有机小分子掺杂的有机半导体材料作为有机薄膜晶体管的有源层。
2.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：有源层中有机小分子掺杂浓度为有机半导体材料质量的0.0001%-1%。
3.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：有源层的厚度为10nm-1000nm。
4.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：有源层的制备方法为真空镀膜法或溶液制膜法。
5.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：所述的有机半导体材料为稠环芳香烃、硫族杂稠环、硫族杂环寡聚物、四硫富瓦烯、含氮杂稠环、三芳胺、含氮共轭大环分子、联苯、芳香胺、含氟化合物、稠环酸酐、稠环酰亚胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：所述的有机小分子为稠环芳香烃、硫族杂稠环、硫族杂环寡聚物、四硫富瓦烯、含氮杂稠环、三芳胺、含氮共轭大环分子、联苯、芳香胺、含氟化合物、稠环酸酐、稠环酰亚胺、C60、C70及其衍生物中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：所述的绝缘层为聚合物薄膜或无机化合物薄膜。
8.根据权利要求1所述的改善有机薄膜晶体管稳定性的方法，其特征在于：所述的源电极和漏电极材料为透明导电材料、有机导电材料或金属导电材料；所述的透明导电材料为In2O3:Sn、SnO2:Sb、SnO2:F或ZnO:Al；有机导电材料为PEDOT:PSS或纳米碳管。
9.一种如权利要求1所述的方法得到的有机薄膜晶体管。
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