CN105609637B - 沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法。沉积方法包括步骤：A、将待处理的有机半导体装入气相原子层沉积装置的真空反应腔体；B、对真空反应腔体进行抽真空，维持真空反应腔体跟外部空气环境的有效隔离，并维持真空反应腔体的内部温度为20~100℃；C、向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体，使其吸附在材料表面；D、通入载气将真空反应腔体中多余的第一种气相前驱体清除；E、向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体，使之与吸附在材料表面的第一种气相前驱体反应，形成氧化物薄膜；F、通入载气将真空反应腔体中多余的第二种气相前驱体清除；重复步骤C至F直到获得设定厚度或结构的氧化物薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及有机电子器件领域，尤其涉及沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法。
背景技术
有机场效应晶体管（Organic field-effect transistor, 简称OFET），由于其良好的柔韧性、低制造成本，并且在大面积显示、射频识别技术、有机集成电路和传感器等方面具有重要应用，引起了人们的广泛关注和研究。然而，普遍存在于有机电子器件中的一个关键问题是电极和有机半导体界面的高接触电阻。有机电子器件中的接触电阻相比于无机电子器件大得多，这将严重降低载流子的注入效率，导致降低器件的迁移率和开关速度。此外，高接触电阻将阻碍OFET器件尺寸的进一步减小，从而导致其难以在高频领域应用。对于p型OFET，需要高功函数的电极去匹配有机半导体的最高占据分子轨道（Highest OccupiedMolecular Orbital, 简称HOMO）。另一方面，一些高功函数的金属电极（例如金）通常是高度极化的，因此在金属/有机界面将产生偶极层，从而导致金属的功函降低，使金属/有机界面能级失配，产生大的空穴注入势垒。因此，在金属/有机界面进行修饰以优化载流子在该界面的注入效率以及进一步提高器件的性能具有重要的意义。
最近一些研究认为，在金属/有机界面插入一层纳米厚度的五氧化二钒（V2O5）可以有效地减小界面接触电阻以及提高空穴注入效率。V2O5具有大的电子亲和能（-6.7 eV）和大的功函（-7 eV），使其有利于有机电子器件中的空穴注入。尽管很多V2O5薄膜制备方法已经报道过，但是直接在有机材料表面沉积V2O5薄膜依然是一个大的挑战，这将严重阻碍顶接触OFET器件的应用。其中最关键的是V2O5薄膜制备方法与有机材料的兼容性问题。由于有机半导体通常都比较脆弱，无法承受高温并且在氧化性的气氛中其性能很容易急剧衰减，所以很多高温以及具有强氧化性前驱体（如O3，氧等离子体）的制备过程无法直接在有机半导体材料上进行。而对于其它一些低温的薄膜沉积技术，也有很多需要注意的地方，比如在磁控溅射和真空蒸镀的过程中，来自靶材的高能量的原子可能会在一定程度上破坏有机薄膜；而在溶液法过程中，溶剂可能会溶解有机半导体或与之发生反应。由于V2O5空穴注入层的厚度只有几个纳米，所以需要一种能精确控制薄膜厚度的制备方法。此外，结晶的有机半导体薄膜通常呈现阶梯状形貌，所以要求沉积在有机层上的V2O5薄膜具有良好的均匀性和保形性。
原子层沉积（Atomic layer deposition ，简称ALD）是一种通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应腔体，在基底上进行自限制的表面化学反应而形成沉积薄膜的一种技术。ALD薄膜具有良好的均匀性和保形性，并且可单原子层地精确控制薄膜厚度，所以ALD沉积的高质量VOx薄膜为解决以上问题提供了一种极具潜力的方法。但是，现有技术中的ALD沉积VOx的工艺由于较高的温度（>150℃）或者使用强氧化性的前驱体，不适合直接在有机半导体材料上进行薄膜沉积。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法，旨在解决现有技术不适合于直接在有机半导体材料上进行薄膜沉积的问题。
本发明的技术方案如下：
一种利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，包括步骤：
A、将待处理的有机半导体装入气相原子层沉积装置的真空反应腔体；
B、对真空反应腔体进行抽真空，维持真空反应腔体跟外部空气环境的有效隔离，并维持真空反应腔体的内部温度为20~100℃；
C、向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体，使其吸附在材料表面；
D、通入载气将真空反应腔体中多余的第一种气相前驱体清除；
E、向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体，使之与吸附在材料表面的第一种气相前驱体反应，形成氧化物薄膜；所述第二种气相前驱体为非氧化性的前驱体；
F、通入载气将真空反应腔体中多余的第二种气相前驱体清除；
重复步骤C至F直到获得设定厚度或结构的氧化物薄膜。
所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜为VOx、MoOx、CuOx、ZnO、TiOx、WOx或NiOx。
所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述有机半导体为p型有机半导体或n型有机半导体。
所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜的厚度为1~5nm。
所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜为VOx，x为2~2.5。
所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述第一种气相前驱体为V(dma)4，所述第二种气相前驱体为H2O。
所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述第一种气相前驱体由作为N2载气传输到真空反应腔体中。
一种有机场效应晶体管的制备方法，其中，包括步骤：
A、清洗衬底；
B、将衬底浸入配制好的OTS溶液中；
C、将经过OTS处理的衬底转移到真空蒸镀腔体内进行有机半导体薄膜沉积；
D、然后在有机半导体薄膜表面利用低温ALD沉积一层氧化物薄膜；
E、最后真空蒸镀源/漏电极。
所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，在所述步骤E之后还包括：
在所述氧化物薄膜上沉积一层Al2O3钝化层。
一种有机场效应晶体管，其中，采用如上所述的制备方法制成。
有益效果：本发明利用原子层沉积技术（ALD）在低温条件下，直接在有机半导体上沉积一层的氧化物薄膜，可作为有机场效应晶体管（OFET）的空穴注入层以提高器件的空穴的注入效率。利用这个上述ALD过程，可以沉积高纯度、平滑、共形性良好以及厚度精确可控的氧化物薄膜。进一步，利用沉积的氧化物薄膜作为空穴注入层可以有效地降低金属/半导体界面的接触电阻，因此可显著地提高了OFET器件的性能。
附图说明
图1为本发明中VOx薄膜随H2O剂量的生长速率变化示意图。
图2为本发明中VOx薄膜随V(dma) 4剂量的生长速率变化示意图。
图3为本发明中VOx薄膜随总生长周期的厚度变化示意图。
图4为本发明中VOx薄膜的高分辨XPS光谱示意图。
图5为本发明中对VOx薄膜进行Ar+刻蚀后的XPS全谱示意图。
图6为本发明中在并五苯薄膜上沉积VOx薄膜后的XPS全谱示意图。
图7为并五苯薄膜的原子力显微镜图像。
图8为本发明中在并五苯薄膜上沉积VOx薄膜后的原子力显微镜图像。
图9为本发明中OFET器件一个实例的结构示意图。
图10为本发明中OFET器件随ALD沉积周期的功函数变化示意图。
图11至图13为本发明中三种OFET器件的归一化的场效应迁移率示意图。
具体实施方式
本发明提供沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提供的一种利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其包括步骤：
S1、将待处理的有机半导体装入气相原子层沉积装置的真空反应腔体；
S2、对真空反应腔体进行抽真空，维持真空反应腔体跟外部空气环境的有效隔离，并维持真空反应腔体的内部温度为20~100℃；
S3、向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体，使其吸附在材料表面；
S4、通入载气将真空反应腔体中多余的第一种气相前驱体清除；
S5、向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体，使之与吸附在材料表面的第一种气相前驱体反应，形成氧化物薄膜；所述第二种气相前驱体为非氧化性的前驱体；
S6、通入载气将真空反应腔体中多余的第二种气相前驱体清除；
重复步骤S3至S6直到获得设定厚度或结构的氧化物薄膜。
在本发明中，利用原子层沉积技术（ALD）直接在有机半导体上沉积一层的氧化物薄膜，后续可作为有机场效应晶体管（OFET）的空穴注入层以提高器件的空穴的注入效率。另外，考虑到有机材料通常都比较脆弱，本发明开发了一种新的低温ALD技术沉积氧化物薄膜，即在20~100℃的低温下利用第一种气相前驱体和第二种气相前驱体进行沉积。利用这个ALD过程，可以沉积高纯度、平滑、共形性良好以及厚度精确可控的氧化物薄膜。进一步，利用沉积的氧化物薄膜作为空穴注入层可以有效地降低金属/半导体界面的接触电阻，因此可显著地提高了OFET器件的性能。
具体来说，沉积过程是在一个气相原子层沉积装置中进行的，在沉积的过程中，第一种气相前驱体和第二种气相前驱体都保持在室温，它们的气化物交替地输送到真空反应腔体中。步骤S3至S6实际上即可完成一层气相原子层沉积包覆（即得到一层氧化物薄膜包覆层），但是，为了获得更厚的包覆层，通常需要进行多次沉积，因此，需要重复步骤S3至S6直到获得所需厚度的包覆层；至于具体需要重复多少次，取决于所采用的具体的第一种气相前驱体和第二种气相前驱体，以及具体所需要的包覆层厚度，在此不做具体限定。所述氧化物薄膜的厚度优选为1~5nm，即氧化物薄膜为超薄厚度。
对于第一种气相前驱体和第二种气相前驱体的脉冲时间，由于沉积过程需要一定时间使前驱体完全吸附在有机材料表面，如果脉冲时间小于1秒，则单次通入提供的前驱体量过少，不能有效包覆有机材料；而前驱体脉冲时间大于5秒，通入的前驱体被真空泵抽走，造成前驱体的浪费；因此，第一种气相前驱体和第二种气相前驱体每次沉积的脉冲时间为1-10秒，优选为1-5秒，例如2秒。
所述氧化物薄膜可以是VOx、MoOx、CuOx、ZnO、TiOx、WOx或NiOx。
所述有机半导体为p型有机半导体或n型有机半导体。
以所述氧化物薄膜为VOx为例，对本发明的沉积方法进行具体说明。
在此情况下，所述第一种气相前驱体为V(dma)4（高活性，也可称为tetrakis(dimethylamino) vanadium，四（二甲氨基）钒），所述第二种气相前驱体为H2O（非氧化性）。其中，V(dma)4作为钒的前驱体，H2O作为氧的前驱体。这两种前驱体都保持在室温条件下，它们的气化物交替地输送到真空反应腔体中，并且V(dma)4用纯净的氮气（N2）作为载气输送到真空反应腔体中，以确保足够量的钒前驱体进入真空反应腔体。本发明选择低温条件下（优选为50℃，即维持真空反应腔体的内部温度为50℃）进行VOx的沉积，使沉积过程中腔体环境对有机半导体材料的热影响降至最小。另一方面，通入载气以清除残余的未反应水蒸气，由于沉积过程中物理吸附的H2O在低温条件下脱附比较缓慢，因此每次沉积完后清理时间可长达100 s（即步骤S6所用时间）。
在沉积VOx薄膜时，V(dma)4和H2O前驱体都置于玻璃容器中并且保存在室温环境中。在沉积过程中，V(dma)4被纯净的N2作为载气传输到反应腔体中，而H2O蒸汽是先进入一个约5 mL的气阱中，然后再传输到反应腔体中。热氧化的硅片（Si片表面有300 nm厚的SiO2）作为衬底用来研究ALD沉积行为。在进行ALD沉积之前，硅片用紫外/臭氧进行10 min的表面处理。
VOx的表征：薄膜的厚度用X射线反射（X-ray reflectometry）进行测量。卢瑟福背散射（RBS）用来确定沉积在玻璃碳衬底上VOx薄膜的化学计量。RBS实验是在北京大学重离子研究所进行的，用2.022 MeV的氦离子作为入射离子并且在165°的散射角收集背散射信号。X射线光电子能谱（XPS）用来分析薄膜的化学组成。原子力显微镜和场发射扫描电子显微镜用来研究薄膜的表面形貌和保型性。
为了研究VOx薄膜的饱和生长行为，在每半个生长周期都使用多剂量的H2O或V(dma)4。如图1至图2所示（一种剂量变化，另一种前驱体为饱和剂量），VOx薄膜的生长为典型的原子层沉积饱和性生长。当控制一种前驱体的剂量而增加另外一种前驱体的剂量时，VOx薄膜的生长速率基本保持在一个恒定值（约0.3 Å/cycle），这表明在这个沉积过程中的表面化学反应的确是是一个自限制的过程。同时也表明，一个剂量的前驱体已经足够使表面反应饱和。因此，在接下来的所有实验中，都用一个剂量的V(dma) 4和H2O进行。通过变化VOx薄膜的总生长周期数，研究了VOx薄膜的的线性生长行为，如图3所示，随着总生长周期数的增加，VOx薄膜的厚度呈现出良好的线性关系，这表明VOx薄膜的厚度可以通过数字地改变生长周期数来精确控制。
通过XRD对所沉积的VOx薄膜进行表征，没有对应的峰位出现，表明得到的VOx是非晶薄膜。用卢瑟福背散射能谱（RBS）对VOx薄膜进行化学计量组分的分析，结果表明，O和V的原子比为2~2.5（例如为2.42 ± 0.03），即x=2~2.5。考虑到前驱体V(dma)4中的V是+4价，因此，如果沉积过程中表面化学反应遵循V(dma)4和H2O之间单纯彻底的配位体交换，所预期得到的应该是VO2。而实际上VOx中包含额外的O，可能是由于所沉积的薄膜中包含一些羟基基团或者是薄膜暴露在空气中氧化所致。用X射线光电子谱（XPS）对30 nm厚的VOx薄膜进行进一步分析，如图4中的高分辨XPS光谱所示，V 2p3/2峰位于517.3 eV。通过对V 2p3/2进行分峰处理，可以发现，大部分的V是+5价的（+5价和+4价的V对应的结合能分别为517.4 eV和516.2 eV），说明VOx薄膜一遇到空气就迅速被氧化。事实上，+5价占大多数时对于VOx的空穴注入性能是有利的。对于其他的氧化物薄膜， MoOx（此处的x=1.8~3）、CuOx（此处的x=0.4~1）、ZnO、TiOx（此处的x=1.5~2）或NiOx（此处的x=0.8~1）。
另外，用XPS对VOx薄膜的纯度进行了分析。首先，对VOx薄膜进行60 s的Ar+刻蚀以去除表面吸附的C。如图5所示的XPS全谱所示，所沉积的VOx薄膜纯度很高，只有1.3 at.%的N杂质，并且没有探测到C杂质。通过对10 nm的VOx薄膜进行AFM表征，薄膜表面的均方根粗糙度只有0.32 nm，相对于SiO2/Si衬底的表面粗糙度（0.29 nm）只有略微的增加。通过把VOx薄膜沉积在具有高深宽比的trench（沟道）中，进一步研究了这个ALD过程的共形包覆性。薄膜能够共形地包覆在深宽比为10:1的trench上，并且使整个trench都包覆一层相同厚度的VOx薄膜，这表明这个ALD过程具有良好的共形性。
本发明中的沉积方法表现出典型的ALD逐层生长行为，并且可以沉积高纯度、平滑、共形性良好以及厚度精确可控的VOx薄膜。下面，本发明将利用这个ALD工艺制备超薄的VOx薄膜（当然也包括其他氧化物薄膜）作为OFET的空穴注入材料以提高金属/有机界面的空穴注入效率。为了证明其普适性，本发明将这个ALD方法应用在基于不同类型的有机半导体（如pentacene和BOPAnt）和不同金属电极（如Au和Cu）的OFET中。
在制备OFET之前，先对这个低温的ALD工艺和有机材料的兼容性进行验证。在真空蒸镀的100 nm厚的pentacene（并五苯）薄膜上利用上述的低温ALD沉积不同厚度的VOx薄膜。对上述VOx包覆的pentacene薄膜样品进行XPS分析，如图6所示，VOx的确沉积在了pentacene的表面。然后用AFM分析VOx包覆后对pentacene表面形貌的变化影响，结果如图7-8所示。在对pentacene薄膜进行ALD沉积VOx前后，没有发现表面形貌的变化，并且结晶的并五苯薄膜上的台阶状形貌依然保持，这表明在经过ALD的共形包覆之后，pentacene依然保持如初。并且在另一种有机半导体材料BOPAnt上也表现出同样的结果，表明这种温和的低温ALD工艺普遍适用于脆弱的有机材料。
本发明提供的一种有机场效应晶体管的制备方法，其包括步骤：
A、将衬底清洗；
B、将硅片浸入配制好的OTS溶液中；
C、将经过OTS处理的硅片转移到真空蒸镀腔体内进行有机半导体薄膜沉积；
D、然后在有机半导体薄膜表面利用低温ALD沉积一层氧化物薄膜；
E、最后真空蒸镀源/漏电极。
为了研究VOx薄膜作为空穴注入层对提高OFET空穴注入效率的作用，制备了底栅顶接触结构的OFET器件，器件的结构示意图如图9所示。约70 nm的pentacene或BOPAnt薄膜真空蒸镀在SiO2/Si上，然后用上述的低温ALD直接在有机半导体薄膜表面沉积一层超薄的VOx，最后再蒸镀一层50 nm的源/漏电极。
制备OFET器件的一个具体例子如下：
在SiO2/p+-Si (100)上制备底栅/顶接触结构的OFET器件，p+-Si和热氧化的SiO2（250 nm或300 nm）分别作为器件的栅极和介电层。首先，SiO2/Si衬底依次在丙酮、异丙醇和去离子水中超声清洗10 min, 氮气吹干后用紫外/臭氧处理15 min。然后把衬底浸入配制好的OTS溶液中（除水甲苯作为溶剂，浓度为0.1 M），在50℃处理15 min。经过OTS处理的衬底转移到真空蒸镀腔体内（背底真空2×10–4 Pa）进行有机半导体薄膜沉积。沉积速率控制在0.3~0.5 Å s–1，有机半导体薄膜厚度约70 nm。然后在有机半导体薄膜表面利用上述低温ALD沉积一层超薄的VOx薄膜。为了研究VOx厚度对器件性能的影响，通过变化ALD的总周期数沉积了不同厚度的VOx薄膜。最后，通过掩膜板真空蒸镀约50 nm的源/漏电极（Cu或Au），器件的沟道长和宽分别为100 μm 和 1000 μm。
OFET器件的表征：OFET的输出和转移特性通过配有标准探针台的Keithley 4200-SCS半导体分析仪在黑暗中进行测试。为了研究器件的储存寿命，所有器件都储存在在黑暗的盒子里，并且放置在大气环境中。
首先，用广泛使用的有机半导体pentacene作为半导体层，以及用相对廉价的Cu作为金属源/漏电极。从Cu/VOx/pentacene OFET器件典型的输出特性和转移特性曲线可以得知，对于修饰了VOx空穴注入层的OFET器件，其饱和电流显著增加，特别是当VOx厚度为40cycles（约1 nm）时，其饱和电流是未修饰VOx空穴注入层的器件的大约3倍。同时，修饰了VOx空穴注入层后，OFET器件的关态电流没有明显影响，所以所有器件都保持了超过105的电流开关比。对于修饰了VOx空穴注入层的OFET器件，场效应迁移率都有明显的提升，并且在修饰40 cycles VOx空穴注入层后，场效应迁移率从0.29 cm2V-1s-1提高到0.8 cm2V-1s-1。由于场效应迁移率不仅和有机半导体材料的本征迁移率相关，还与OFET的金属/有机界面的接触性能有关。为了研究器件的接触效应，本发明用YFM计算OFET器件的接触电阻。YFM的方法是利用单个OFET器件的输出特性曲线的线性区进行分析，可以得到器件的接触电阻值。此外，通过YFM分析，还可以得到低场迁移率，也被当作是器件的本征迁移率，是当器件的接触电阻效应完全消除时器件可以达到的最高载流子迁移率。通过修饰VOx空穴注入层后，器件的接触电阻显著降低，从64 KΩ cm降低到10 KΩ cm。这些结果表明VOx的确可以有效地降低OFET器件的接触电阻，显著提高器件的性能。根据YFM分析计算得到的低场迁移率基本恒定在0.87 cm2V-1s-1左右，说明ALD沉积过程没有影响pentacene的本征性能。
为了证明低温ALD沉积的VOx作为空穴注入材料在OFET中的普适性，在以上OFET的器件中，把Cu电极换成了Au电极，制备了Au/VOx/pentacene OFET器件。器件的性能曲线与上述Cu/VOx/pentacene器件相似。当栅压固定在60 V左右时，修饰VOx空穴注入层的器件的饱和源漏电流显著增加，并且在VOx为40 cycle时包和电流达到最大值。通过修饰VOx空穴注入层，器件的接触电阻显著降低，从103 KΩ cm降低到13KΩ cm，同时，器件的场效应迁移率也从0.27 cm2V-1s-1提高到 0.70 cm2V-1s-1。
此外，本发明还用一种新的有机半导体制备了相同器件结构的Au/VOx/BOPAntOFET，在用ALD修饰了20 cycle的VOx空穴注入层之后，器件的接触电阻从71 kΩ cm降低到10 kΩ cm，并且显著地提高了器件的场效应迁移率，从1.09 cm2V-1s-1提高到1.56 cm2V-1s-1。事实上，在Au和BOPAnt之间未修饰VOx时，器件的输出特性曲线的线性区表现出明显的非线性，表明在这个器件中，接触电阻将显著降低器件的性能。而在Au和BOPAnt之间用低温ALD修饰20 cycleVOx之后，这种非线性的现象可以完全消除，意味着VOx可以有效地降低器件的接触电阻。
需说明的是，本发明中的有机半导体，不仅包括p型有机半导体（并五苯及其衍生物，并四苯及其衍生物，并三苯及其衍生物，菲及其衍生物等），也包括n型有机半导体（如氮杂苯并菲及其衍生物、萘酰亚胺及其衍生物等）。所述的金属电极除了Au和Cu之外，还可以是Ag, Ni, Al, Mg, Ca等。
由于接触电阻和金属电极的费米能级与p型半导体的HOMO能级（或价带）之间的能级失配密切相关，为了解释VOx的上述效应，本发明用开尔文探针研究了VOx包覆Cu电极后功函数的变化。如果金属电极的费米能级比p型半导体的HOMO能级高（在考虑金属/有机界面偶极之后），则会在金属/有机界面形成大的空穴注入势垒，从而导致空穴注入效率降低，器件表现出大的接触电阻。如图10所示，随着VOx厚度的增加，VOx包覆的Cu功函数单调递增，并且，前40 cycle的VOx使其功函迅速增长，这表明VOx可以有效地增加金属电极的功函数，从而解释了40 cycle的VOx可以有效降低器件的接触电阻。另一方面，继续增加VOx厚度时，功函数只有缓慢的增加。由于ALD沉积所得到的VOx薄膜具有较高的电阻，所以当VOx作为空穴注入层超过一定厚度时，VOx本身的电阻将会在器件的接触电阻中占主导。因此，当进一步增加VOx厚度时，器件的接触电阻又开始增大。
由于有机电子器件的性能通常容易受到水分和氧气的严重影响而下降，因此，本发明还研究了ALD包覆VOx后对器件储存寿命的影响。利用ALD技术在有机电子器件上包覆一层Al2O3钝化层可以有效阻隔水分和氧气，因此被广泛用于有机电子器件的封装。由于ALD沉积的薄膜通常是非常均匀致密的，需要使ALD沉积的超薄的VOx空穴注入层可以在一定程度上阻隔水分和氧气。事实上，尽管ALD沉积的VOx薄膜只有数个纳米厚，但这种对有机电子器件性能的保护效应的确是存在的。如图11至图13所示，ALD VOx修饰的三种类型的OFET器件相对于没有进行修饰的器件都表现出更好的性能保持能力（归一化的场效应迁移率），并且越厚的VOx越有利于器件性能的保持。这表明VOx同时也是一种良好的阻隔水分和氧气的材料。事实上，本发明找到了ALD修饰VOx作为空穴注入层的最佳厚度（1nm~5nm，如2.5nm）后，可以再用ALD沉积一层Al2O3钝化层来达到器件封装的目的。为了验证这个方案，本发明在ALD修饰最佳厚度的VOx空穴注入层的三种OFETs器件上再用低温ALD技术包覆一层约30nm的Al2O3钝化层。如图11至图13所示，这种双ALD方法达到了良好的的封装效果，所有经过这种双ALD方法封装的器件场效应迁移率在30天都保持在83%以上，清晰地表明了这种联合型ALD技术的有效性。
本发明选用具有高挥发性和高反应活性的tetrakis(dimethylamino)vanadium（V(dma) 4） 作为钒前驱体。利用ALD过程可以沉积高度平滑均匀的VOx薄膜，并且薄膜厚度可以在单原子层量级精确可控。所沉积的VOx薄膜可以均匀共形地包覆有机半导体薄膜表面的阶梯状结构而不引起微观形貌的明显破坏，表明这个ALD过程与有机电子器件具有良好的兼容性。利用本发明低温的ALD技术，沉积的VOx薄膜作为空穴注入层可以有效地降低金属/半导体界面的接触电阻，因此显著地提高了OFET器件的性能。同时还通过研究多种不同的金属/VOx/有机半导体组合（即Cu/VOx/pentacene, Au/VOx/pentacene和 Au/VOx/BOPAnt），都表明VOx作为空穴注入层对降低器件接触电阻的有效性，预示着ALD技术在有机电子器件中普遍应用的广阔前景。
本发明还提供一种有机场效应晶体管，其采用如上所述的制备方法制成。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其特征在于，包括步骤：
A、将待处理的有机半导体装入气相原子层沉积装置的真空反应腔体；
B、对真空反应腔体进行抽真空，维持真空反应腔体跟外部空气环境的有效隔离，并维持真空反应腔体的内部温度为20~100℃；
C、向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体，使其吸附在材料表面；
D、通入载气将真空反应腔体中多余的第一种气相前驱体清除；
E、向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体，使之与吸附在材料表面的第一种气相前驱体反应，形成氧化物薄膜；所述第二种气相前驱体为非氧化性的前驱体；
F、通入载气将真空反应腔体中多余的第二种气相前驱体清除；
重复步骤C至F直到获得设定厚度的氧化物薄膜；
所述氧化物薄膜的厚度为1~5nm。
2.根据权利要求1所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述氧化物薄膜为VOx、MoOx、CuOx、ZnO、TiOx、WOx或NiOx。
3.根据权利要求1所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述有机半导体为p型有机半导体或n型有机半导体。
4.根据权利要求1所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述氧化物薄膜为VOx，x为2~2.5。
5.根据权利要求4所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述第一种气相前驱体为V(dma)4，所述第二种气相前驱体为H2O。
6.根据权利要求4所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其特征在于，所述第一种气相前驱体由作为N2载气传输到真空反应腔体中。
7.一种有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、清洗衬底；
B、将衬底浸入配制好的OTS溶液中；
C、将经过OTS处理的衬底转移到真空蒸镀腔体内进行有机半导体薄膜沉积；
D、然后在有机半导体薄膜表面利用低温ALD沉积一层氧化物薄膜；所述低温的温度范围为20~100℃；
E、最后真空蒸镀源/漏电极。
8.根据权利要求7所述的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述步骤E之后还包括：
在所述氧化物薄膜上沉积一层Al2O3钝化层。
9.一种有机场效应晶体管，其特征在于，采用如权利要求7或8所述的制备方法制成。
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