CN104112819B - 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 - Google Patents
一种有机单晶场效应电路及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104112819B CN104112819B CN201410341757.7A CN201410341757A CN104112819B CN 104112819 B CN104112819 B CN 104112819B CN 201410341757 A CN201410341757 A CN 201410341757A CN 104112819 B CN104112819 B CN 104112819B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- circuit
- drain electrode
- substrate
- crystal
- 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.)
- Active
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 82
- 238000005090 crystal field Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims abstract description 19
- -1 octadecyl trichlorosilane alkane Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims abstract description 11
- UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCS UUEWCQRISZBELL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 48
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 46
- YYMBJDOZVAITBP-UHFFFAOYSA-N rubrene Chemical compound C1=CC=CC=C1C(C1=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=CC=C2C(C=2C=CC=CC=2)=C11)=C(C=CC=C2)C2=C1C1=CC=CC=C1 YYMBJDOZVAITBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 18
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 17
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 13
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 11
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 7
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000001459 lithography Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 54
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 49
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 49
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 49
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 46
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 46
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 23
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000640 hydroxylating effect Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 3
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 3
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 3
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000790917 Dioxys <bee> Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVOPUZNLRVJDJQ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine copper Chemical compound [Cu].C12=CC=CC=C2C(N=C2NC(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2N1 VVOPUZNLRVJDJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 238000003949 trap density measurement Methods 0.000 description 1
- FMZQNTNMBORAJM-UHFFFAOYSA-N tri(propan-2-yl)-[2-[13-[2-tri(propan-2-yl)silylethynyl]pentacen-6-yl]ethynyl]silane Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C#C[Si](C(C)C)(C(C)C)C(C)C)=C(C=C4C(C=CC=C4)=C4)C4=C(C#C[Si](C(C)C)(C(C)C)C(C)C)C3=CC2=C1 FMZQNTNMBORAJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/466—Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/481—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/80—Constructional details
- H10K10/82—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/80—Constructional details
- H10K10/82—Electrodes
- H10K10/84—Ohmic electrodes, e.g. source or drain electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/621—Providing a shape to conductive layers, e.g. patterning or selective deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/40—Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
- H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
- H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic element specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, covered by group H10K10/00
- H10K19/10—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic element specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, covered by group H10K10/00 comprising field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/16—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
- H10K71/162—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using laser ablation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
- H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
- H10K77/111—Flexible substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/311—Phthalocyanine
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
- H10K85/622—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing four rings, e.g. pyrene
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种有机单晶场效应电路及其制备方法。包括如下步骤:制备电路掩膜版;制备带有电路图案的柔性平面内嵌迭片电极:1)在衬底表面连接十八烷基三氯硅烷;2)在经修饰的衬底上分别制备源电极、漏电极和栅电极,并连接巯丙基三甲氧基硅烷;3)在源电极、漏电极和栅电极的金属电极表面分别旋涂聚二甲基硅氧烷;4)将旋涂有聚二甲基硅氧烷的栅电极转移;将栅电极的金属电极表面、源电极和漏电极的聚二甲基硅氧烷表面分别进行氧等离子体处理,形成羟基;5)剪裁源电极和漏电极,将栅电极、源电极和漏电极连接形成整体,即得柔性平面内嵌迭片电极;制备有机单晶场效应电路。本发明使用高精度的光刻法技术制备电极,可以制备精度高,复杂的图案,方便实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机单晶场效应电路及其制备方法,属于有机电子领域。
背景技术
在无机集成电路迅速发展之后,直到1995年才出现了第一个真正意义上的有机电路,飞利浦实验室利用并五苯以及聚乙烯基噻吩等实现了反相器等一些列基本电路单元(Science 1995,270,972),从而掀起研究有机场效应电路的新篇章。与无机材料相比,有机材料具有成膜工艺简单,材料来源广泛,与柔性衬底兼容性好,电学性质容易调制等许多固有的优势(Nature,2001,414,599;Chemical Reviews 2012,112,2208;Nature 2013,499,458;Journal of the American Chemical Society 2004,126,8138)。因此,使得有机场效应晶体管及电路的研究在短短的十几年间获得了快速的发展和进步。近年来对于有机场效应电路的研究主要集中于有机薄膜场效应电路的制备(Applied Physics Letters 1998,72,2716;Advanced Materials 2003,15,1147;Nature Materials 2003,2,678;Chemistryof Materials 2011,23,733)。然而有机薄膜中存在大量的晶界和高密度的结构缺陷,严重的影响了器件和电路的性能(Advanced Materials 2006,18,2320)。有机单晶的出现恰恰解决了这个问题。因为有机单晶中不存在晶界并且具有很好的π-π轨道重叠,有效的降低电荷陷阱密度。因此可以制备有机单晶场效应电路以便提高器件性能。
目前制备有机单晶场效应电路的文献并不多,根据器件的构型不同(源/漏电极和半导体之间的上下位置),可以分为俩类,一类是顶接触型的有机单晶场效应电路(Advanced Materials 2009,21,3649;Advanced Materials 2009,21,4234;AppliedPhysics Letters 2009,94,203304;Advanced Materials 2010,22,3938;AdvancedMaterials2012,24,2588),另一类是底接触型有机单晶电路(Applied Physics Letters2006,89,222111;Nano Letter 2007,7,2847)。第一类顶接触型的有机单晶场效应电路:胡文平课题组基于单个的蒽的衍生物单晶,利用纳米带作为掩膜真空沉积金作为电极制备了自举行反相器(Advanced Materials 2009,21,3649)。Uemura课题组基于单个的红荧烯单晶利用真空沉积金和钙作为电极制备成互补性反相器(Advanced Materials 2010,22,3938)。鲍哲南课题组利用液相法在二氧化硅衬底制备上C60和TIPS-并五苯单晶,然后利用真空沉积金作为电极获得反相器的基本电路单元(Advanced Materials 2012,24,2588)。他们的共同点是都采用传统的真空掩膜沉积的方法直接在有机单晶上制备顶接触型有机单晶场效应电路。然而这种方法的存在一些缺点。一方面制备的电极尺寸较 大,线条精度不够,并且图形的形状比较受限,不能制备复杂的图形。另一方面在电极的沉积过程中,热辐射会对有机半导体造成一定损伤(Advanced Materials 2008,20,2947;AdvancedMaterials 2008,20,1511),从而影响器件性能。为了克服真空掩膜沉积法的这些缺点,胡文平课题组还发明了“贴金膜”和“纳米带电极”两种方法来制备有机单晶电路(AppliedPhysics Letters 2009,94,20304;Advanced Materials 2009,21,4234),这两种方法成功避免了热辐射对有机半导体的损伤。由于这种方法是利用探针微操控金膜和纳米带电极制备器件的,因此这种方法只适合做单一器件,不适合做更复杂的电路,集成度不高。为了解决制备顶接触型有机单晶电路遇到的热辐射损伤,集成度低等问题。研究者又发明了第二类底接触型的有机单晶场效应电路。鲍哲南课题组基于n型材料和p型材料有机单晶在二氧化硅衬底上制备了互补型反相器(Applied Physics Letters 2006,89,222111;NanoLetter 2007,7,2847)。这种方法的特点是,先在衬底上利用光刻法或者真空掩膜沉积的方法制备好电极,然后把有机单晶都通过静电力与电极和绝缘层结合,最终形成器件。这种方法的优点是可以克服热辐射损伤,集成度低的问题。但是也存在一些缺点:一方面目前报道的底接触型有机单晶场效应电路的结构如图1所示,电极凸出于绝缘层表面这种结构更适合较大尺寸晶体,限制了晶体使用尺寸。因为当把有机微/纳半导体转移到这种结构电极上时,如图2所示,由于这种电极凸出的结构会导致有机半导体并不能完全与绝缘层贴合,并且很容易在电极附近形成空气间隙。这样就会导致器件的导电沟道不均匀,影响器件的性能。另一方面目前报道的底接触型有机单晶场效应电路都是在刚性的衬底上制备的,可能使半导体与电极和绝缘层的接触质量差,容易产生缺陷,导致器件性能降低。因此需要提供一种新的制备有机单晶场效应管电路的方法,这种方法需要既可以实现热辐射对有机半导体的损伤,又可以实现高性能、柔性,高集成度、适用于各种尺寸的有机单晶。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机单晶场效应电路的制备方法,本发明的方法避免了溶液和辐射对有机半导体的污染和损伤,保证了有机半导体与电极和绝缘层完全贴合,从而获得了高性能器件;集成度高,可以制备复杂图案;适用于各种尺寸的有机单晶。
本发明所提供的有机单晶场效应电路的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备电路掩膜版,包括如下步骤:
1)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极和栅极的电路掩膜版图案;
2)在石英或玻璃上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤1)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬,并去除所述聚甲基丙烯酸甲酯,得到所述源电极、 所述漏电极和所述栅极的电路掩膜版;
(2)制备带有电路图案的柔性平面内嵌迭片电极,包括如下步骤:
1)在衬底的表面连接十八烷基三氯硅烷;
2)在经步骤1)修饰后的衬底上,利用光刻的方法和步骤(1)得到的电路掩膜版分别制备源电极、漏电极和栅电极;并在所述源电极、漏电极和所述栅电极的金属电极表面连接巯丙基三甲氧基硅烷;
3)在步骤2)得到的所述源电极、漏电极和所述栅电极的金属电极表面分别旋涂聚二甲基硅氧烷,并进行固化;
4)将旋涂有聚二甲基硅氧烷的所述栅电极从所述衬底上进行转移;将所述栅电极的金属电极表面、所述源电极、所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面分别进行氧等离子体处理,即在表面形成羟基;
5)剪裁所述源电极和所述漏电极;将所述栅电极的金属电极表面、所述源电极和所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面进行进行对正(利用预先设计好的对正坐标图案在显微镜下,进行面的连接),并加热,则将所述栅电极、所述源电极和所述漏电极连接形成一整体,即得到所述柔性平面内嵌迭片电极;
(3)制备有机单晶场效应电路,包括如下步骤:
将有机单晶放置在步骤(2)得到的所述柔性平面内嵌迭片电极上,即得到所述有机单晶场效应电路。
上述的制备方法中,对正时,是将所述栅电极的金属电极表面贴附在所述源电极和所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面上。
上述的制备方法中,步骤(1)2)中,所述激光直写方法的条件以及蒸镀铬的厚度可参考现有的方法。
上述的制备方法中,步骤(2)1)中,连接十八烷基三氯硅烷的步骤如下:
将清洗后的所述衬底静置于浓硫酸与过氧化氢体积比为7:3的混合溶液中;然后清洗所述衬底,再将所述衬底置于正庚烷与十八烷基三氯硅烷体积比为1000:1的混合溶液中,即在所述衬底表面连接上所述十八烷基三氯硅烷。
上述的制备方法中,步骤(2)2)中,所述光刻的方法的步骤如下:
在所述衬底上旋涂光刻胶,经加热后置于365nm下的紫外灯下进行曝光,然后依次经显影和定影后,进行蒸镀金属;
具体可按照如下步骤进行:
在所述衬底上旋涂一层AZ5214E光刻胶;然后把旋涂好光刻胶的衬底放在100度的烘台上加热3min;再把加热后旋有光刻胶的衬底在365nm的紫外灯下曝光20s;再把曝光之后的衬底放入显影液中显影60s;去离子水定影为30s;在光刻图案后的 衬底上利用真空热蒸发的方法蒸镀25nm的金属;最后利用去胶液去除光刻胶,形成图案化的金属;
利用真空气相法在金属电极表面连接所述巯丙基三甲氧基硅烷。
上述的制备方法中,步骤(2)3)中,所述栅电极上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度可为50~500μm;
所述源电极和所述漏电极上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度均可为0.8~5μm;
所述固化的温度可为70℃~100℃,所述固化的时间可为2~12小时。
上述的制备方法中,步骤(2)4)中,所述氧等离子体处理的时间可为10s~60s。
上述的制备方法中,步骤(2)5)中,所述加热的温度可为70℃~100℃,所述加热的时间可为10~30min。
上述的制备方法中,所述有机单晶为酞菁铜有机单晶或红荧烯有机单晶;
所述酞菁铜有机单晶的长度为10~1000μm,宽度为0.3~100μm,厚度为0.02~10μm。
所述红荧烯有机单晶的长度为30~5000μm,宽度为0.5~500μm,厚度为0.05~30μm。
本发明还进一步提供了上述方法制备得到的有机单晶场效应电路。
本发明的有机单晶场效应电路还可用于连接外电路,具体可按照如下步骤进行:利用氧等离子体的方法把所述有机单晶电路连接外电路,把带有PDMS的外接电极层转移下来,利用金膜做掩膜把有机单晶盖住,然后氧等离子体处理带有电路图案的柔性平面内嵌迭片电极和外接电极层表面,使表面形成羟基;利用探针台把金膜移走;在显微镜下利用对正图案把带有有机半导体的迭片电极层和外接电极层对正并加热;最后就实现了有机单晶电路连接外电路。
本发明具有如下优点:
本发明有机单晶场效应电路中,电极与绝缘层处在同一平面的内嵌电极并且是柔性的,使得电极、绝缘层与有机单晶形成完全接触,为一种高性能的柔性有机单晶场效应电路;本发明提供的制备方法,可在室温下操作,有机半导体没有受到热辐射的损伤;其使用高精度的光刻法技术制备电极,可以制备精度高,复杂的图案,实现高集成度,方便实用。
附图说明
图1是现有的底栅底接触电极结构示意图。
图2是现有的有机微/纳单晶半导体与传统底栅底接触电极接触示意图。
图3是本发明实施例1制备的柔性平面内嵌迭片电极结构示意图。
图4是本发明实施例1制备酞菁铜有机单晶场效应器件的结构示意图。
图5是本发明实施例1制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到酞菁铜单晶场效应电路得到的反相器的实物图和性能曲线,图5(a)为酞菁铜单晶场效应反相器的实物图,图5(b)为酞菁铜单晶场效应反相器的电压输出曲线和增益曲线;图5(c)为酞菁铜单晶场效应反相器中驱动器件的转移曲线;图5(d)为酞菁铜单晶场效应反相器中负载器件的转移曲线。
图6是本发明实施例1制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到酞菁铜有机单晶场效应晶体管中可以重复利用的显微镜图(插图)和转移曲线图。
图7是本发明实施例1制备的柔性平面内嵌迭片电极制备的多个变沟道器件的显微镜图(图7(a))和转移曲线(图7(b))。
图8是本发明实施例2制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到红荧烯单晶场效应电路得到的反相器的实物图和性能曲线,图8(a)为红荧烯单晶场效应反相器的实物图,图8(b)为红荧烯单晶场效应反相器的电压输出曲线和增益曲线,图8(c)为红荧烯单晶场效应反相器中驱动器件的转移曲线,图8(d)为红荧烯单晶场效应反相器中负载器件的转移曲线。
图9是本发明实施例3制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到红荧烯单晶场效应电路得到的反相器的实物图和性能曲线,图9(a)为红荧烯单晶场效应反相器的实物图,图9(b)为红荧烯单晶场效应反相器的电压输出曲线和增益曲线,图9(c)为红荧烯单晶场效应反相器中驱动器件的转移曲线,图9(d)为红荧烯单晶场效应反相器中负载器件的转移曲线。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1、制备酞菁铜有机单晶场效应电路
1、制备电路掩膜版
(1)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极、栅极和外接电极的电路掩膜版图案;每一层要设计相同的对正图案,以便接下来把多种电极层对正。
(2)本实施例所使用的电路掩膜版购自南京清微电子科技有限公司,具体工艺为:在石英上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤1)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬(100nm),并去除聚甲基丙烯酸甲酯,得到源电极、漏电极、栅极和外接电极的电路掩膜版。
2、制备带有反相器图案的柔性平面内嵌迭片电极
(1)利用液相法在衬底硅表面修饰一层十八烷基三氯硅烷OTS:十八烷基三氯硅烷OTS修饰硅表面:首先把衬底表面清洗干净;然后把衬底放入食人鱼洗液(浓硫酸与过氧化氢体积比7:3的溶液)中,在衬底表面形成羟基化;再次清洗衬底;把衬底放入体积比1000:1的正庚烷的OTS溶液中,使衬底表面形成一层OTS。
(2)在OTS修饰的衬底上分别利用光刻的方法制备电路图案的源/漏电极层、栅电极层、外接电极层,并在金属电极表面修饰巯丙基三甲氧基硅烷MPT:
首先利用AZ5214E光刻胶在衬底上分别光刻(烘烤温度:100度;烘烤时间:3min;曝光时间:20s;显影时间:60s;定影时间:30s)源/漏电极和栅电极;然后真空蒸镀一层25nm金(真空度:10-6torr;蒸镀速率:0.01nm/s);去除胶之前,在金属表面利用真空气相法(具体方法是把源、漏、栅电极和30μm巯丙基三甲氧基硅烷同时放入真空系统中,保持7000Pa压强20min)修饰一层MPT分子(1~5nm),目的是使聚二甲基硅氧烷PDMS与金属之间有很好的连接,利于金属电极从衬底表面转移下来;修饰完MPT之后,再利用N-甲基吡咯烷酮溶液去胶,目的是只在金属表面修饰MPT,衬底表面没有MPT分子。
(3)在光刻和修饰MPT后的源/漏电极、栅电极、外接电极层,上分别旋涂不同厚度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)并固化。
以10:1(PDMS:固化剂,体积比)的比例配置PDMS溶液,搅拌后静置2小时;直接在光刻和修饰MPT后的栅电极上旋涂一层200μm PDMS溶液,然后放入烘箱中70度加热固化12小时;把静置后的PDMS放入正己烷的溶液中进行稀释,体积比为1:10,搅拌并静置;在光刻和修饰MPT后的源/漏电极上旋涂一层1μm PDMS的正己烷溶液,然后放入烘箱中70度加热固化12小时。
(4)氧等离子体处理源/漏,栅电极表面:首先把带有栅极的PDMS从硅衬底上转移下来;然后把转移下来的栅极与带有PDMS的源/漏电极同时放进氧等离子体中处理100s,使其表面羟基化—栅极的带有金属电极表面、源/漏电极的PDMS层表面。
(5)裁剪源/漏电极:利用探针(对于精细电极)裁剪带有PDMS的源/漏电极,目的是方面以后测试。
(6)对正栅电极和源/漏电极并加热:利用对正工具(可以实现上下左右调平)在显微镜下使栅电极和源/漏电极对正;把对正之后的电极放入70度烘箱中加热10分钟,目的是使栅电极和源/漏电极形成不可逆的键,使其紧密连接,至此,源/漏电极的PDMS层与栅极的金属电极表面连接在一起。
(7)利用带有较厚PDMS的栅电极把带有薄的PDMS的源/漏电极整体转移下来,这就形成了平面内嵌迭片电极。因为PDMS和金属本身的柔性就很好,所以形成的电 极,绝缘层和衬底是全柔性的平面内嵌迭片电极,如图3所示。
3、制备酞菁铜有机单晶场效应电路
将酞菁铜有机单晶(长度:10~1000μm;宽度:0.3~100μm;厚度为0.02~10μm)放置在步骤2得到的柔性平面内嵌迭片电极上,就形成了有机单晶场效应电路,如图4所示。
本发明制备的有机单晶场效应电路可外接电路,利用金膜做掩膜,把有机半导体盖住,然后利用氧等离子体的方法把制备好的有机单晶电路连接外电路:
把带有PDMS的外接电极层从硅衬底上转移下来,然后氧等离子体处理100s。利用金膜做掩膜把有机单晶盖住;带有反相器图案的柔性平面内嵌迭片电极和外接电极层表面,使表面形成羟基;利用探针台把金膜移走;在显微镜下利用对正图案把带有有机半导体的迭片电极层和外接电极层对正并加热;最终实现了有机单晶电路连接外电路。
图5是本实施例制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到酞菁铜单晶场效应电路得到的反相器的实物图以及性能曲线,其中,图5(a)为酞菁铜单晶场效应反相器的实物图,驱动器件和负载器件的长宽比为1/5;图5(b)为酞菁铜单晶场效应反相器的电压输出曲线和增益曲线;图5(c)为酞菁铜单晶场效应反相器中驱动器件的转移曲线;图5(d)为酞菁铜单晶场效应反相器中负载器件的转移曲线。
由图5(b)可得知,酞菁铜单晶场效应自举型反相器增益为5。由图5(c)可得知,酞菁铜反相器驱动器件的迁移率为0.0089cm2/Vs。由图5(d)可得知,酞菁铜反相器负载器件的迁移率为0.0037cm2/Vs。利用本发明柔性平面内嵌迭片电极制备的酞菁铜有机单晶场效应反相器的增益可比得上文献中的报道的酞菁铜单晶场效应晶反相器的增益(AdvancedMaterials 2009,21,4234)。上述结果本发明方法可制备得到高性能的酞菁铜有机单晶场电路。
本发明制备的有机单晶场效应晶体管的柔性平面内嵌迭片电极,由于半导体和电极和绝缘层之间是通过静电吸附的作用结合在一起的,所以可以把有机单晶转移下来,这样就可以实现本专利制备的柔性平面内嵌迭片电极重复利用的特点。图6是柔性平面内嵌迭片电极重复利用酞菁铜有机单晶场效应晶体管的显微镜图(图6中插图)和器件转移曲线图(图6)。
本发明制备的有机单晶场效应晶体管的柔性平面内嵌迭片电极,由于在电极图案化过程是通过光刻技术制备的,可以形成精度高,复杂的图案。因此利用这种柔性平面内嵌迭片电极就可以实现高集成度的器件制备。图7(a)和图7(b)分别表示利用这种平面内嵌迭片电极一次可以制备多个不同沟道的酞菁铜有机单晶场效应晶体管的显微镜图和器件转移曲线图。
实施例2、制备红荧烯有机单晶场效应电路(设计的红荧烯单晶场效应反相器的驱动器件和负载器件的长宽比为1/5)
1、制备电路掩膜版
(1)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极、栅极和外接电极的电路掩膜版图案;每一层要设计相同的对正图案,以便接下来把多种电极层对正。
(2)本实施例所使用的电路掩膜版购自南京清微电子科技有限公司,具体工艺为:在玻璃上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤1)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬,并去除聚甲基丙烯酸甲酯,得到源电极、漏电极、栅极和外接电极的电路掩膜版。
2、制备带有反相器图案的柔性平面内嵌迭片电极
(1)利用液相法在衬底硅表面修饰一层十八烷基三氯硅烷OTS:十八烷基三氯硅烷OTS修饰硅表面:首先把衬底表面清洗干净;然后把衬底放入食人鱼洗液(浓硫酸与过氧化氢体积比7:3的溶液)中,在衬底表面形成羟基化;再次清洗衬底;把衬底放入体积比500:1的正庚烷的OTS溶液中,使衬底表面形成一层OTS。
(2)在OTS修饰的衬底上分别利用光刻的方法制备电路图案的源/漏电极层、栅电极层、外接电极层,并在金属电极表面修饰巯丙基三甲氧基硅烷MPT:
首先利用AZ5214E光刻胶在衬底上分别光刻(烘烤温度:100度;烘烤时间:3min;曝光时间:20s;显影时间:60s;定影时间:30s)源/漏电极和栅电极;然后真空蒸镀一层25nm金(真空度:10-6torr;蒸镀速率:0.01nm/s);去除胶之前,在金属表面利用真空气相法(具体方法是把所述源、漏、栅电极和30μm巯丙基三甲氧基硅烷同时放入真空系统中,保持7000Pa压强20min)修饰一层MPT分子(5nm),目的是使聚二甲基硅氧烷PDMS与金属之间有很好的连接,利于金属电极从衬底表面转移下来;修饰完MPT之后,再利用N-甲基吡咯烷酮溶液去胶,目的是只在金属表面修饰MPT,衬底表面没有MPT分子。
(3)在光刻和修饰MPT后的源/漏电极、栅电极、外接电极层,上分别旋涂不同厚度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)并固化。
以10:1(PDMS:固化剂,体积比)的比例配置PDMS溶液,搅拌后静置2小时;直接在光刻和修饰MPT后的栅电极上旋涂一层200μm PDMS溶液,然后放入烘箱中70度加热固化12小时;把静置后的PDMS放入正己烷的溶液中进行稀释,体积比为1:4,搅拌并静置;在光刻和修饰MPT后的源/漏电极上旋涂一层1μm PDMS的正己烷溶液,然后放入烘箱中70度加热固化12小时。
(4)氧等离子体处理源/漏,栅电极表面:首先把带有栅极的PDMS从硅衬底上转移下来;然后把转移下来的栅极与带有PDMS的源/漏电极同时放进氧等离子体中处 理100s,使其表面羟基化—栅极的带有金属电极表面、源/漏电极的PDMS层表面。
(5)裁剪源/漏电极:利用探针(对于精细电极)裁剪带有PDMS的源/漏电极,目的是方面以后测试。
(6)对正栅电极和源/漏电极并加热:利用对正工具(可以实现上下左右调平)在显微镜下使栅电极和源/漏电极对正;把对正之后的电极放入70度烘箱中加热10分钟,目的是使栅电极和源/漏电极形成不可逆的键,使其紧密连接,至此,源/漏电极的PDMS层与栅极的金属电极表面连接在一起。
(7)利用带有较厚PDMS的栅电极把带有薄的PDMS的源/漏电极整体转移下来,这就形成了平面内嵌迭片电极。因为PDMS和金属本身的柔性就很好,所以形成的电极,绝缘层和衬底是全柔性的平面内嵌迭片电极,
3、制备红荧烯有机单晶场效应电路
将红荧烯有机单晶(长度:30~5000μm;宽度:0.5~500μm;厚度为0.05~30μm)放置在步骤2得到的柔性平面内嵌迭片电极上,就形成了有机单晶场效应电路,如图4所示。
本发明制备的有机单晶场效应电路可外接电路,利用金膜做掩膜,把有机半导体盖住,然后利用氧等离子体的方法把制备好的有机单晶电路连接外电路:
把带有PDMS的外接电极层从硅衬底上转移下来,然后氧等离子体处理100s。带有反相器图案的柔性平面内嵌迭片电极和外接电极层表面,使表面形成羟基;利用探针台把金膜移走;在显微镜下利用对正图案把带有有机半导体的迭片电极层和外接电极层对正并加热;最终实现了有机单晶电路连接外电路。
图8是本实施例制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到红荧烯单晶场效应晶电路得到的反相器的实物图和性能曲线图,其中,图8(a)为红荧烯单晶场效应反相器的实物图(驱动器件和负载器件的长宽比为1/5);图8(b)为红荧烯单晶场效应反相器的电压输出曲线和增益曲线;图8(c)为红荧烯单晶场效应反相器中驱动器件的转移曲线;图8(d)为红荧烯单晶场效应反相器中负载器件的转移曲线。
由图8(b)可得知红荧烯单晶场效应自举型反相器增益为44;由图8(c)可得知,红荧烯反相器驱动器件的迁移率为2.47cm2/Vs;由图8(d)可得知,红荧烯反相器负载器件的迁移率为0.676cm2/Vs;本发明首次制备得到了红荧烯有机单晶场效应自举行反相器。上述结果本发明方法可制备得到高性能的红荧烯有机单晶场电路。
实施例3、制备红荧烯有机单晶场效应电路(设计的红荧烯单晶场效应反相器的驱动器件和负载器件的长宽比为2/5)
1、制备电路掩膜版
(1)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极、栅极和外接电极的电路掩膜版图案;每一层要设计相同的对正图案,以便接下来把多种电极层对正。
(2)本实施例所使用的电路掩膜版购自南京清微电子科技有限公司,具体工艺为:在石英上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤1)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬,并去除聚甲基丙烯酸甲酯,得到源电极、漏电极、栅极和外接电极的电路掩膜版。
2、制备带有反相器图案的柔性平面内嵌迭片电极
(1)利用液相法在衬底硅表面修饰一层十八烷基三氯硅烷OTS:十八烷基三氯硅烷OTS修饰硅表面:首先把衬底表面清洗干净;然后把衬底放入食人鱼洗液(浓硫酸与过氧化氢体积比7:3的溶液)中,在衬底表面形成羟基化;再次清洗衬底;把衬底放入体积比500:1的正庚烷的OTS溶液中,使衬底表面形成一层OTS。
(2)在OTS修饰的衬底上分别利用光刻的方法制备电路图案的源/漏电极层、栅电极层、外接电极层,并在金属电极表面修饰巯丙基三甲氧基硅烷MPT:
首先利用AZ5214E光刻胶在衬底上分别光刻(烘烤温度:100度;烘烤时间:3min;曝光时间:20s;显影时间:60s;定影时间:30s)源/漏电极和栅电极;然后真空蒸镀一层25nm金(真空度:10-6torr;蒸镀速率:0.01nm/s);去除胶之前,在金属表面利用真空气相法(具体方法是把所述源、漏、栅电极和30μm巯丙基三甲氧基硅烷同时放入真空系统中,保持7000Pa压强20min)修饰一层MPT分子(1~5nm),目的是使聚二甲基硅氧烷PDMS与金属之间有很好的连接,利于金属电极从衬底表面转移下来;修饰完MPT之后,再利用N-甲基吡咯烷酮溶液去胶,目的是只在金属表面修饰MPT,衬底表面没有MPT分子。
(3)在光刻和修饰MPT后的源/漏电极、栅电极、外接电极层,上分别旋涂不同厚度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)并固化。
以10:1(PDMS:固化剂,体积比)的比例配置PDMS溶液,搅拌后静置2小时;直接在光刻和修饰MPT后的栅电极上旋涂一层200μm PDMS溶液,然后放入烘箱中70度加热固化12小时;把静置后的PDMS放入正己烷的溶液中进行稀释,体积比为1:4,搅拌并静置;在光刻和修饰MPT后的源/漏电极上旋涂一层1μm PDMS的正己烷溶液,然后放入烘箱中70度加热固化12小时。
(4)氧等离子体处理源/漏,栅电极表面:首先把带有栅极的PDMS从硅衬底上转移下来;然后把转移下来的栅极与带有PDMS的源/漏电极同时放进氧等离子体中处理100s,使其表面羟基化—栅极的带有金属电极表面、源/漏电极的PDMS层表面。
(5)裁剪源/漏电极:利用探针(对于精细电极)裁剪带有PDMS的源/漏电极,目的是方面以后测试。
(6)对正栅电极和源/漏电极并加热:利用对正工具(可以实现上下左右调平) 在显微镜下使栅电极和源/漏电极对正;把对正之后的电极放入70度烘箱中加热10分钟,目的是使栅电极和源/漏电极形成不可逆的键,使其紧密连接,至此,源/漏电极的PDMS层与栅极的金属电极表面连接在一起。
(7)利用带有较厚PDMS的栅电极把带有薄的PDMS的源/漏电极整体转移下来,这就形成了平面内嵌迭片电极。因为PDMS和金属本身的柔性就很好,所以形成的电极,绝缘层和衬底是全柔性的平面内嵌迭片电极,
3、制备红荧烯有机单晶场效应电路
将红荧烯有机单晶(长度:30~5000μm;宽度:0.5~500μm;厚度为0.05~30μm)放置在步骤2得到的柔性平面内嵌迭片电极上,就形成了有机单晶场效应电路,如图4所示。
本发明制备的有机单晶场效应电路可外接电路,利用金膜做掩膜,把有机半导体盖住,然后利用氧等离子体的方法把制备好的有机单晶电路连接外电路:
把带有PDMS的外接电极层从硅衬底上转移下来,然后氧等离子体处理100s。带有反相器图案的柔性平面内嵌迭片电极和外接电极层表面,使表面形成羟基;利用探针台把金膜移走;在显微镜下利用对正图案把带有有机半导体的迭片电极层和外接电极层对正并加热;最终实现了有机单晶电路连接外电路。
图9是本实施例制备的柔性平面内嵌迭片电极应用到红荧烯单晶场效应晶电路得到的反相器的实物图和性能曲线,其中,图9(a)为红荧烯单晶场效应反相器的实物图(驱动器件和负载器件的长宽比为2/5);图9(b)为红荧烯单晶场效应反相器的电压输出曲线和增益曲线;图9(c)为红荧烯单晶场效应反相器中驱动器件的转移曲线;图9(d)为红荧烯单晶场效应反相器中负载器件的转移曲线。
由图9(b)可得知红荧烯单晶场效应自举型反相器增益为7;由图9(c)可得知,红荧烯反相器驱动器件的迁移率为7.943cm2/Vs;由图9(d)可得知;红荧烯反相器负载器件的迁移率为2.34×10-5cm2/Vs。本发明首次制备得到了红荧烯有机单晶场效应自举行反相器。上述结果本发明方法可制备得到高性能的红荧烯有机单晶场电路。
Claims (2)
1.一种有机单晶场效应电路的制备方法,包括如下步骤:
(1)制备电路掩膜版,包括如下步骤:
1)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极和栅极的电路掩膜版图案;
2)在石英/玻璃上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤1)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬,并去除所述聚甲基丙烯酸甲酯,得到所述源电极、所述漏电极和所述栅极的电路掩膜版;
(2)制备带有电路图案的柔性平面内嵌迭片电极,包括如下步骤:
1)在衬底的表面连接十八烷基三氯硅烷,步骤如下:
将清洗后的所述衬底静置于浓硫酸与过氧化氢体积比为7:3的混合溶液中;然后清洗所述衬底,再将所述衬底置于正庚烷与十八烷基三氯硅烷体积比为1000:1的混合溶液中,即在所述衬底表面连接上所述十八烷基三氯硅烷;
2)在经步骤1)修饰后的衬底上,利用光刻的方法和步骤(1)得到的电路掩膜版分别制备源电极、漏电极和栅电极;并在所述源电极、所述漏电极和所述栅电极的金属电极表面连接巯丙基三甲氧基硅烷;
所述光刻的方法的步骤如下:
在所述衬底上旋涂光刻胶,经加热后置于365nm下的紫外灯下进行曝光,然后依次经显影和定影后,进行蒸镀金属;
3)在步骤2)的得到的所述源电极、所述漏电极和所述栅电极的金属电极表面分别旋涂聚二甲基硅氧烷,并进行固化;
所述栅电极上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度为50~500μm;
所述源电极和所述漏电极上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度均为0.8~5μm;
所述固化的温度为70℃~100℃,所述固化的时间为2~12小时;
4)将旋涂有聚二甲基硅氧烷的所述栅电极从所述衬底上进行转移;将所述栅电极的金属电极表面、所述源电极的聚二甲基硅氧烷表面和所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面分别进行氧等离子体处理,即在表面形成羟基;
所述氧等离子体处理的时间为10秒~60秒;
5)剪裁所述源电极和所述漏电极;将所述栅电极的金属电极表面、所述源电极的聚二甲基硅氧烷表面和所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面进行对正并加热,则将所述栅电极、所述源电极和所述漏电极连接形成一整体,利用所述栅电极把所述整体从所述衬底上转移下来,即得到所述柔性平面内嵌迭片电极;
所述加热的温度为70℃~100℃,所述加热的时间为10~30min;
(3)制备有机单晶场效应电路,包括如下步骤:
将有机单晶放置在步骤(2)得到的所述柔性平面内嵌迭片电极上,即得到所述有机单晶场效应电路;
所述有机单晶为酞菁铜有机单晶或红荧烯有机单晶。
2.权利要求1所述方法制备的有机单晶场效应电路。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410341757.7A CN104112819B (zh) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 |
PCT/CN2015/000461 WO2016008277A1 (zh) | 2014-07-17 | 2015-06-26 | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 |
US14/910,604 US9893286B2 (en) | 2014-07-17 | 2015-06-26 | Organic single crystal field effect circuit and preparing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410341757.7A CN104112819B (zh) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104112819A CN104112819A (zh) | 2014-10-22 |
CN104112819B true CN104112819B (zh) | 2017-06-20 |
Family
ID=51709536
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410341757.7A Active CN104112819B (zh) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9893286B2 (zh) |
CN (1) | CN104112819B (zh) |
WO (1) | WO2016008277A1 (zh) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104112819B (zh) | 2014-07-17 | 2017-06-20 | 东北师范大学 | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 |
CN104134749B (zh) * | 2014-07-17 | 2017-03-01 | 东北师范大学 | 多层柔性平面内嵌迭片电极及其制备方法与在有机场单晶场效应晶体管中的应用 |
CN106505148B (zh) * | 2015-09-08 | 2019-08-09 | 东北师范大学 | 一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法 |
CN105244438B (zh) * | 2015-10-13 | 2017-11-17 | 东北师范大学 | 一种可编织线状有机单晶场效应晶体管及其制备方法与应用 |
CN108878649B (zh) * | 2017-05-08 | 2021-12-17 | 东北师范大学 | 自支撑超薄柔性高性能有机薄膜场效应晶体管及其制备方法 |
CN110967768B (zh) * | 2019-12-17 | 2022-03-22 | 东北师范大学 | 一种可探测全范围材质物体的柔性可贴合复合式接近传感器及其应用 |
CN112349839B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-11-01 | 东北师范大学 | 一种与光刻电极相兼容的本征可拉伸有机场效应晶体管及其制备方法 |
CN116546824A (zh) * | 2022-05-07 | 2023-08-04 | 浙江大学 | 一种有机场效应晶体管及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6080606A (en) * | 1996-03-26 | 2000-06-27 | The Trustees Of Princeton University | Electrophotographic patterning of thin film circuits |
JP2008258558A (ja) * | 2007-03-13 | 2008-10-23 | Tohoku Univ | ショットキーゲート型電界効果トランジスタ |
FR2926162B1 (fr) * | 2008-01-03 | 2017-09-01 | Centre Nat De La Rech Scient - Cnrs | Procede de modification localisee de l'energie de surface d'un substrat |
TWI408840B (zh) * | 2009-09-16 | 2013-09-11 | Nat Univ Tsing Hua | 有機薄膜電晶體之製備方法及修復方法 |
CN101931052A (zh) * | 2010-08-17 | 2010-12-29 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 有机单晶场效应晶体管的制备方法 |
CN102655212A (zh) * | 2011-03-02 | 2012-09-05 | 中国科学院微电子研究所 | 一种有机场效应晶体管结构及其制备方法 |
WO2013002217A1 (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-03 | シャープ株式会社 | 化合物、電界効果トランジスタ及びその製造方法、太陽電池、有機発光素子、組成物、表示装置用アレイ並びに表示装置 |
JP2013098487A (ja) * | 2011-11-04 | 2013-05-20 | Sony Corp | 有機半導体素子の製造方法、有機半導体素子および電子機器 |
CN103000809B (zh) * | 2012-12-20 | 2015-06-03 | 东北师范大学 | 一种提高有机场效应晶体管性能的方法 |
CN103594624B (zh) * | 2013-11-07 | 2015-12-09 | 电子科技大学 | 一种有机场效应晶体管及其制备方法 |
CN104112819B (zh) * | 2014-07-17 | 2017-06-20 | 东北师范大学 | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 |
-
2014
- 2014-07-17 CN CN201410341757.7A patent/CN104112819B/zh active Active
-
2015
- 2015-06-26 US US14/910,604 patent/US9893286B2/en active Active
- 2015-06-26 WO PCT/CN2015/000461 patent/WO2016008277A1/zh active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20170125681A1 (en) | 2017-05-04 |
CN104112819A (zh) | 2014-10-22 |
WO2016008277A1 (zh) | 2016-01-21 |
US9893286B2 (en) | 2018-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104112819B (zh) | 一种有机单晶场效应电路及其制备方法 | |
CN104134749B (zh) | 多层柔性平面内嵌迭片电极及其制备方法与在有机场单晶场效应晶体管中的应用 | |
CN103943513B (zh) | 一种柔性衬底上制备石墨烯器件的方法 | |
CN107068745A (zh) | 一种场效应晶体管及其制备方法 | |
CN105336792B (zh) | 碳纳米管半导体器件及其制备方法 | |
CN102623639B (zh) | 一步实现图案化和自修饰界面的有机薄膜晶体管制备方法 | |
CN102393600B (zh) | 一种纳米压印复合模板的制备方法 | |
Sidler et al. | Organic thin film transistors on flexible polyimide substrates fabricated by full-wafer stencil lithography | |
Chen et al. | Reliable patterning, transfer printing and post‐assembly of multiscale adhesion‐free metallic structures for nanogap device applications | |
CN110034007B (zh) | 一种实现透明可拉伸电极超高精度图案化的方法 | |
CN109801739A (zh) | 一种高精度图案化可拉伸电极及其制备方法 | |
CN105006482B (zh) | 一种石墨烯场效应晶体管的制备方法 | |
CN107342228A (zh) | 一种场效应晶体管及其制备方法 | |
Li et al. | A review of thin-film transistors/circuits fabrication with 3D self-aligned imprint lithography | |
CN106505148B (zh) | 一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法 | |
CN105140261B (zh) | 有机薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板及显示装置 | |
CN104716043A (zh) | 具有柔性基底的石墨烯场效应晶体管及其制备方法 | |
CN106744729A (zh) | 一种大面积无水转移纳米材料的方法 | |
Shu et al. | Near-zero-adhesion-enabled intact wafer-scale resist-transfer printing for high-fidelity nanofabrication on arbitrary substrates | |
CN107093607B (zh) | 阵列基板、显示基板的制作方法、显示基板及显示面板 | |
Ðerek et al. | Micropatterning of organic electronic materials using a facile aqueous photolithographic process | |
Wang et al. | Photolithographic High‐Conductivity Transparent Conformal rGO/PEDOT: PSS Electrodes for Flexible Skin‐Like All Solution‐Processed Organic Transistors | |
CN108930065A (zh) | 一种高迁移率硒氧化铋半导体薄膜的化学刻蚀方法 | |
CN102243436A (zh) | 一种几何约束下的电场诱导微复型方法 | |
CN115373215A (zh) | 一种采用光刻方法制备薄膜掩模版的方法及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tang Qingxin Inventor after: Liu Yichun Inventor after: Tong Yanhong Inventor after: Zhao Xiaoli Inventor before: Tong Yanhong Inventor before: Tang Qingxin Inventor before: Zhao Xiaoli |
|
COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: TONG YANHONG TANG QINGXIN ZHAO XIAOLI TO: TANG QINGXIN LIU YICHUN TONG YANHONG ZHAO XIAOLI |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |