CN105355785A - 一种n型有机场效应晶体管的制备方法 - Google Patents

一种n型有机场效应晶体管的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105355785A
CN105355785A CN201510613452.1A CN201510613452A CN105355785A CN 105355785 A CN105355785 A CN 105355785A CN 201510613452 A CN201510613452 A CN 201510613452A CN 105355785 A CN105355785 A CN 105355785A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
field effect
preparation
evaporation
self
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
Application number
CN201510613452.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李哲峰
程恒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201510613452.1A priority Critical patent/CN105355785A/zh
Publication of CN105355785A publication Critical patent/CN105355785A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • 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
    • H10K71/166—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using selective deposition, e.g. using a mask

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种n型有机场效应晶体管的制备方法，它包括SiO2/Si基片的预处理，还包括基片的自组装处理：将(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)溶于无水四氢呋喃中，配制0.8mmol/L的溶液，用提拉法在预处理的SiO2/Si基片上生长(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)薄膜；真空蒸镀有机半导体PDI-iC8层：在真空压力小于1×10-4Pa下，在基片温度25-110℃下以/秒的速率蒸镀80nm的PDI-iC8层；然后，在基片温度25℃下，真空压力小于1.5×10-4Pa下，以/秒的速率蒸镀40nm的金电极，制得n型有机场效应晶体管器件。本发明的优点是：通过自组装膜修饰后能得到有序的晶体状PDI-iC8有机多晶薄膜，优化了晶体管器件的载流子传输性能，获得了性能优良(在空气中电子迁移率较高)的n型有机场效应晶体管。

Description

一种n型有机场效应晶体管的制备方法
技术领域
本发明属于晶体管的制备方法，具体涉及到一种n型有机场效应晶体管的制备方法。
背景技术
场效应晶体管是电子产品中应用最多最广的电子元器件，利用有机半导体材料(n型/p型)作为有源层制备有机场效应晶体管(organicfieldeffecttransistor，OFET)，可以有效降低生产成本，并且有望制备柔韧性良好的电子元器件。相较于p型有机半导体材料，大多数n型有机半导体材料迁移率较低，空气稳定性较差，而且制备工艺对n型有机场效应晶体管的性能影响也较大。因此通过自组装分子层(SAMs)修饰绝缘层表面，优化器件制备工艺，对改善n型半导体材料在器件制备中的结晶状况和器件结构，进而提高器件性能，有很重要的意义。
发明内容
针对n型有机场效应晶体管制备中存在的困难，本发明所要解决的技术问题就是提供一种有机薄膜晶体管的制备方法，它能获得有序的晶体状有机薄膜，提高n型(如PDI-iC8)有机薄膜晶体管的性能。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，包括SiO2/Si基片的预处理，在基片绝缘层表面组装自组装薄膜以及器件制备三部分，具体步骤如下：
第一步SiO2/Si基片的预处理：将切割好的SiO2/Si基片置于丙酮中超声清洗10分钟，用氮气枪吹干之后将基片置于H2SO4(98％)∶H2O2(30％)＝7∶3溶液中，在100℃(溶液微沸)下处理1小时；取出后用去离子水清洗，氮气枪吹干，再置于NH3.H2O(30％)∶H2O2(30％)∶H2O＝1∶1∶5溶液中，在70℃(溶液微沸)下处理30分钟，取出后用去离子水清洗，氮气枪吹干，基片清洁工作完成；
第二步基片的自组装处理：将(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA，化学结构见图1，合成路线见图2)溶于无水四氢呋喃中，配制0.8mmol/L的溶液，用提拉法在预处理的SiO2/Si基片上组装上(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)的自组装薄膜，在140℃下真空干燥箱内煅烧48小时，然后取出，用无水四氢呋喃超声清洗处理后的SiO2/Si基片10分钟，去离子水清洗后用氮气枪吹干；
第三步真空蒸镀有机半导体层：将自组装有(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)薄膜的基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于1×10-4Pa下，在基片温度25-110℃下，以1-2埃/秒的速率蒸镀80nm的有机半导体PDI-iC8(化学结构见图1)层；
第四步真空蒸镀金电极，在真空压力不大于1.5×10-3Pa下，在基片温度为室温的条件下，以的速率蒸镀40nm金作为电极，制得PDI-iC8有机半导体薄膜晶体管器件。(器件结构见图4)
本方法发明制得的PDI-iC8有机薄膜晶体管器件以硅作栅电极、SiO2作绝缘层、(β-萘氧基)己基膦酸作自组装膜、PDI-iC8作有机半导体层、金(Au)作漏电极和源电极，构成顶接触式(TC)的薄膜晶体管。该PDI-iC8有机薄膜晶体管在空气环境中的载流子迁移率(电子传输性能)为0.07～0.1cm2/V·s。
由于本方法发明一方面利用特殊的膦酸自组装分子层(SAMs)来诱导半导体层材料(PDI-iC8)有效形成高度有序的结晶膜，从而最大效率的提高分子间π-π作用，改善层与层之间的载流子传输效能；另一方面通过优化晶体管器件制备工艺，优化器件结构。本发明具有如下的优点：能获得有序的晶体状有机半导体薄膜，提高了有机薄膜晶体管的载流子迁移效率。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1，(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)和有机半导体PDI-iC8的化学结构示意图；
图2，(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)的合成路线示意图；
图3，n型有机场效应晶体管结构示意图，(SAMs为Naph6PA自组装薄膜)；
图4，提拉法制备Naph6PA自组装分子薄膜示意图；
图5，晶体管器件有机半导体层表面的原子力显微镜图，(左)相位图，(右)放大图；
图6，器件的输出特性曲线图和转移特性曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明：
实施例1
第一步SiO2/Si基片的预处理：将切割好的SiO2/Si基片置于丙酮中超声清洗10分钟，用氮气枪吹干之后将基片置于H2SO4(98％)∶H2O2(30％)＝7∶3溶液中，在100℃下处理1小时；取出后用去离子水清洗，氮气枪吹干，再置于NH3.H2O(30％)∶H2O2(30％)∶H2O＝1∶1∶5溶液中，在70℃下处理30分钟，取出后用去离子水清洗，氮气枪吹干，基片清洁工作完成；
第二步PDI-iC8真空蒸镀成膜：将上述预处理的SiO2/Si基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力1×10-4Pa下，基片温度25℃-110℃蒸镀80nm的PDI-iC8(三次平行实验分别为25℃、70℃、110℃)，蒸镀速度为
第三步真空蒸镀金属电极：在室温下蒸镀40nm金电极，电极间距为50μm×2mm，100μm×2mm，150μm×2mm，制得PDI-iC8有机场效应晶体管。该有机场效应晶体管以硅作栅电极、SiO2作绝缘层、PDI-iC8作有机半导体层、金(Au)作漏电极和源电极，结构组成为顶部接触式的n型有机场效应晶体管。
SiO2/Si基片是指在Si片上面覆盖300nm的SiO2氧化层。
该n型有机场效应晶体管没有自组装分子层修饰，其性能指标(电子传输性能)较差为5×10-5cm2/V·s，基本不显示场效应特征。
实施例2
将SiO2/Si基片预处理，如实施例1；
基片的自组装处理：将(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)溶于无水四氢呋喃中，配制0.8mmol/L的溶液，如图5所示，用提拉法(所谓提拉法，就是通过使溶剂自然挥发后在SiO2/Si基片上形成均匀薄膜，长成的(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)薄膜)在预处理的SiO2/Si基片上生长(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)薄膜，在140℃下真空干燥箱内反应48小时，在这个过程中，磷酸膜与二氧化硅表面形成稳定化学键；然后取出，用四氢呋喃超声清洗处理后的SiO2/Si基片10分钟，清洗后的基片光洁平整，在原子力显微镜下观察可见均匀分布的(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)层，厚度在2.4～4.8nm；
真空蒸镀有机半导体层：将以上的自组装有(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)薄膜的基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力1×10-4Pa下，在基片温度选取(25℃、70℃、110℃)，蒸镀80nmPDI-iC8有机半导体层，蒸镀速度为
真空蒸镀金属电极如实施例1，制得PDI-iC8有机场效应晶体管器件。
在不同的有机层基片温度下，器件性能有较大差别，如下表所示
所示器件迁移率数据为三次实验平均值。经过多次平行筛选，得到最佳基片温度为25℃。该n器件的有机半导体层表面的AFM图如图5所示，显示为有序结晶薄膜。该n型有机场效应晶体管器件的输出曲线图和转移曲线图如图6所示，显示出n型场效应晶体管的传输特性与输出特性曲线。
实施例3
将SiO2/Si基片预处理，如实施例1；
基片的自组装处理，如实施例2；
真空蒸镀有机半导体层如实施例2，PDI-iC8有机半导体层的厚度分别选取30nm，50nm，80nm，100nm。基片温度选取25℃。
真空蒸镀金属电极如实施例1，制得PDI-iC8有机场效应晶体管器件。
PDI-iC8有机半导体层的厚度为80nm的n型有机场效应晶体管显示的最佳电子传输性能为1.17×10-2cm2/V·s，膜层厚度为100nm时，器件电子传输性能为1.09×10-2cm2/V·s，可见这两个厚度条件下，器件性能接近，显示较为明显的场效应特征。当膜层厚度为30nm，50nm，时器件性能有明显下降。因此，器件最佳膜层厚度为80nm。

Claims (3)

1.一种n型有机场效应晶体管的制备方法，包括SiO2/Si基片的预处理，在基片绝缘层表面组装自组装薄膜(SAMs)以及器件制备三部分，具体步骤如下：
第一步SiO2/Si基片的预处理：将切割好的SiO2/Si基片置于丙酮中超声清洗10分钟，用氮气枪吹干之后将基片置于H2SO4(98％)∶H2O2(30％)＝7∶3溶液中，在100℃(溶液微沸)下处理1小时；取出后用去离于水清洗，氮气枪吹干，再置于NH3.H2O(30％)∶H2O2(30％)∶H2O＝1∶1∶5溶液中，在70℃(溶液微沸)下处理30分钟，取出后用去离子水清洗，氮气枪吹干，基片清洁工作完成；
第二步基片的自组装处理：将(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)溶于无水四氢呋喃中，配制0.8mmol/L的溶液，用提拉法在预处理的SiO2/Si基片上组装上(β-萘氧基)己基膦酸(Naph6PA)的自组装薄膜，在140℃下真空干燥箱内煅烧48小时，然后取出，用无水四氢呋喃超声清洗处理后的SiO2/Si基片10分钟，去离子水清洗后用氮气枪吹干；
第三步真空蒸镀有机半导体层：将自组装有(β-萘氧基)己基膦酸薄膜的基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于1×10-4Pa下，在基片温度25-110℃下，以/秒的速率蒸镀80nm的有机半导体PDI-iC8层；
第四步真空蒸镀金电极，在真空压力不大于1.5×10-3Pa下，在基片温度为室温的条件下，以/秒的速率蒸镀40nm金作为电极，制得PDI-iC8有机场效应晶体管器件。
2.根据权利要求1所述的一种有机膦酸的合成方法及自组装方法，其自组装时所用的溶液浓度为0.8mmol/L，所用溶剂为无水四氢呋喃。
3.根据权利要求1所述的一种有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于所述的第三步中，蒸镀有机半导体层的基片温度为25℃(室温)，蒸镀速率为/秒，有机半导体层的蒸镀厚度为80nm。
CN201510613452.1A 2015-09-23 2015-09-23 一种n型有机场效应晶体管的制备方法 Pending CN105355785A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510613452.1A CN105355785A (zh) 2015-09-23 2015-09-23 一种n型有机场效应晶体管的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510613452.1A CN105355785A (zh) 2015-09-23 2015-09-23 一种n型有机场效应晶体管的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105355785A true CN105355785A (zh) 2016-02-24

Family

ID=55331709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510613452.1A Pending CN105355785A (zh) 2015-09-23 2015-09-23 一种n型有机场效应晶体管的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105355785A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106340588A (zh) * 2016-09-28 2017-01-18 重庆大学 一种自组装膜优化的n型有机场效应晶体管的制备方法
CN110233203A (zh) * 2018-03-06 2019-09-13 江苏理工学院 一种用于高温工况的类超晶格Zn-Sb/Ge-Sb纳米相变存储薄膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102165101A (zh) * 2008-09-23 2011-08-24 西门子公司 用于金属上的有机化合物单层的锚固基团以及由此制备的基于有机电子元件的组件
CN103258960A (zh) * 2013-05-10 2013-08-21 重庆大学 一种有机薄膜晶体管的制备方法
CN104284996A (zh) * 2012-05-02 2015-01-14 巴斯夫欧洲公司 沉积有机材料的方法
CN104332559A (zh) * 2014-11-26 2015-02-04 中国科学院微电子研究所 一种低操作电压有机场效应晶体管及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102165101A (zh) * 2008-09-23 2011-08-24 西门子公司 用于金属上的有机化合物单层的锚固基团以及由此制备的基于有机电子元件的组件
CN104284996A (zh) * 2012-05-02 2015-01-14 巴斯夫欧洲公司 沉积有机材料的方法
CN103258960A (zh) * 2013-05-10 2013-08-21 重庆大学 一种有机薄膜晶体管的制备方法
CN104332559A (zh) * 2014-11-26 2015-02-04 中国科学院微电子研究所 一种低操作电压有机场效应晶体管及其制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106340588A (zh) * 2016-09-28 2017-01-18 重庆大学 一种自组装膜优化的n型有机场效应晶体管的制备方法
CN110233203A (zh) * 2018-03-06 2019-09-13 江苏理工学院 一种用于高温工况的类超晶格Zn-Sb/Ge-Sb纳米相变存储薄膜及其制备方法
CN110233203B (zh) * 2018-03-06 2023-04-07 江苏理工学院 一种用于高温工况的类超晶格Zn-Sb/Ge-Sb纳米相变存储薄膜及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Van der Waals heterostructures by design: from 1D and 2D to 3D
Jiang et al. High‐performance organic single‐crystal transistors and digital inverters of an anthracene derivative
CN109900750B (zh) 一种提高基于MoS2薄膜场效应晶体管式气体传感器灵敏度的结构设计
Wu et al. Organic–inorganic hybrid CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite materials as channels in thin-film field-effect transistors
TWI479547B (zh) 薄膜電晶體之製備方法及頂閘極式薄膜電晶體
CN103258960B (zh) 一种有机薄膜晶体管的制备方法
Spalenka et al. Electron mobility enhancement in ZnO thin films via surface modification by carboxylic acids
Wang et al. Monocrystalline perovskite wafers/thin films for photovoltaic and transistor applications
CN107217242B (zh) 一种电子器件介电衬底的表面修饰方法
Zhang et al. Realization of vertical and lateral van der Waals heterojunctions using two-dimensional layered organic semiconductors
Li et al. Zinc oxide nanostructures and high electron mobility nanocomposite thin film transistors
Abdelhameed et al. Efficiency enhancement of Si nanostructure hybrid solar cells by optimizing non-radiative energy transfer from Si quantum dots
Singh et al. Tailoring the charge carrier in few layers MoS2 field-effect transistors by Au metal adsorbate
Liu et al. High-performance n-and p-type organic single-crystal field-effect transistors with an air-gap dielectric towards anti-ambipolar transport
CN110676376A (zh) 一种基于二维MXene材料的阻变存储器及制备方法
Seo et al. Buffer layer effect on the structural and electrical properties of rubrene-based organic thin-film transistors
CN110635027A (zh) 一种基于MXene电极的半导体器件及其制备方法
Kwon et al. Synthesis of atomically thin alloyed molybdenum-tungsten disulfides thin films as hole transport layers in organic light-emitting diodes
CN105355785A (zh) 一种n型有机场效应晶体管的制备方法
CN105591029B (zh) 一种基于高k材料的有机非易失性的存储器件及其制备方法
Liu et al. Synthesis, characterization and fabrication of ultrathin iron pyrite (FeS 2) thin films and field-effect transistors
CN110350085B (zh) 一种有机共晶场效应晶体管及其制备方法
CN106340588A (zh) 一种自组装膜优化的n型有机场效应晶体管的制备方法
Wang et al. Probing and pushing the limit of emerging electronic materials via van der Waals integration
CN105006488B (zh) 基于有机场效应晶体管的多晶硅浮栅存储器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160224

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication