CN105977382A - 一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，包括漏电极(1)、漏电极修饰层(2)、发光层(3)、场效应半导体层(4)、空穴传输层(5)、源电极(6)、绝缘层(7)、栅电极(8)、柔性衬底(9)；其中：柔性衬底、栅电极、绝缘层、源电极、空穴传输层、场效应半导体层、发光层、漏电极修饰层和漏电极依次叠加组成；构成栅电极的材料为ITO，构成漏电极的材料为银纳米线，构成漏电极修饰层的材料为LiF，构成发光层的材料为Alq3，构成场效应半导体层的材料为酞箐铜，构成空穴传输层的材料为NPB，构成源电极为网状金属金，构成绝缘层的材料为PVA，构成衬底的材料为PI或者PET。
Description
【技术领域】
本发明属于有机半导体器件领域，特别是涉及一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管。
【背景技术】
随着人们对有机半导体材料研究的深入，有机半导体已经被广泛应用在各类电子或光电器件上，例如有机发光二极管(OLEDs)，有机太阳能电池，有机场效应晶体管(OFETs)等，与无机材料相比，有机材料在低价、大面积、柔性电路中具有很多固有的优势.例如，其成膜工艺简单，材料种类多，与柔性衬底相容，尺寸小量轻，成本低廉，很容易用旋涂和蘸涂技术进行大面积制备各种柔性器件和电路等.此外，对于有机半导体材料，人们可以通过改变分子结构很容易地实现对器件性能的调控，从而可以根据器件的应用要求来设计有机半导体材料。低成本、大面积柔性显示、柔性传感器等领域的大规模产业化生产，其前景非常广阔。
在高度集成有机光电子学的迫切需求下，发光有机场效应晶体管(OLEFETs)获得人们越来越多的重视，(OLEFETs)是一个新兴的集成多种功能的光电器件，是由OLEDs和OFETs的基本结构结合发展而来的，结合了场效应管的电学控制特性和发光二极管的发光特性。与传统OLED器件相比，OLEFETs的载流子迁移率更高，并且可以有效地降低激子猝灭。从原理上讲，有三个电极的OLEFETs可以更好地控制载流子的的注入，从而提高器件的发光效率及发光强度。根据目前的研究成果可以预见，OLEFETs在简化平板显示像素结构方面有着极其可观的前景，极有可能取代目前OTFT驱动的液晶显示与OLED显示技术，应用于大面积的柔性显示中。另一方面，OLEFETs还可能在集成电路的信号处理以及有机电致激光的研究等方面具有潜在的应用价值。同时，现有平面结构的有机场效应晶体管由于许多原因会导致性能的局限性，例如受到光刻技术的限制，沟道长度继续降低十分困难，加上有机场效应晶体管本身具有低迁移率的特点，导致了输出电流较低、工作电压较高，工作频率较低；从器件层面上提高输出电流的主要有两种方法即提高迁移率和降低沟道长度；在沟道长度方面，由于平面结构的场效应在降低沟道长度上受到了限制，我们采用垂直沟道制备的有机场效应晶体管，这种结构的场效应晶体管沟道长度是由有机半导体层厚度决定的，而有机半导体层是采用蒸发的技术制备而成，这种方式形成的薄膜均匀性好，厚度最小能达到几个纳米，由于沟道长度的大幅度降低，源漏电流可以明显的得到提高，这种沟道长度在水平沟道的场效应晶体管中很难实现。在大规模，高集成度的电路中，单层的器件是不能满足所需要求的，由于有机器件的厚度都很薄，在实际电路应用中通常将多层器件叠加，这样节约空间，提高集成度；垂直沟道的有机场效应晶体管的另一个重要特点在于其可以作为层与层之间的连接器件，将二维的电路扩展到了三维的空间结构。综上所述，垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管在未来有机集成电路中是必不可少的，本发明对有机场效应晶体管电路的真正实现具有重要的意义。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管。
本发明提供的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，包括漏电极(1)、漏电极修饰层(2)、发光层(3)、场效应半导体层(4)、空穴传输层(5)、源电极(6)、绝缘层(7)、栅电极(8)、柔性衬底(9)；
其中：柔性衬底、栅电极、绝缘层、源电极、空穴传输层、场效应半导体层、发光层、漏电极修饰层和漏电极依次叠加组成；构成栅电极的材料为ITO，构成漏电极的材料为银纳米线，构成漏电极修饰层的材料为LiF，构成发光层的材料为Alq3，构成场效应半导体层的材料为酞箐铜，构成空穴传输层的材料为NPB，构成源电极为网状金属金，构成绝缘层的材料为PVA，构成衬底的材料为PI或者PET。
本发明提供的制备上述一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管方法，包括如下步骤：
(1)将带有ITO的柔性衬底分别放入甲醇、去离子水、异丙醇中超声清洗10min，清洗过后用氮气吹干；
(2)在带有ITO的柔性衬底上制备绝缘层，采用的工艺为旋涂，转速为4000rpm，旋涂好的PVA放在365nm波长(8W)紫外光下照射10min，并放在200℃的真空干燥箱中交联2小时，然后在60℃下退火30min；
(3)在绝缘层上制备源电极，采用光刻工艺在绝缘层上制备一层网格状牺牲层，再通过真空热蒸镀制备一层金属金，控制蒸发速率和时间使得蒸发上的金属金厚度小于网格状牺牲层厚度，通过释放牺牲层形成网格状金属金；
(4)在制备好的源电极上，采用真空热蒸镀的方式制备空穴传输层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(5)在制备好的空穴传输层上，采用真空热蒸镀的方式制备场效应半导体层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(6)在制备好的场效应半导体层上，采用真空热蒸镀的方式制备发光层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(7)在制备好的发光层上，采用真空热蒸镀的方式制备漏电极修饰层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(8)在制备好的漏电极修饰层上制备一层漏电极，将银纳米线加入乙醇溶液中，配置3mg/ml的银纳米线溶液，并超声震荡使银纳米线在无水乙醇中均匀散布，并通过旋涂的方式制备漏电极，旋涂速度为3000rpm，时间50s，旋涂好后的器件放入真空干燥箱中，在160℃环境下退火两小时。
本发明的技术分析：
在沟道长度方面，由于平面结构的场效应晶体管在降低沟道长度上受到了限制，我们采用垂直沟道制备有机场效应晶体管，这种结构的场效应晶体管沟道长度是由有机半导体层厚度决定的，而有机半导体层是采用蒸发技术制备而成，这种方式形成的薄膜均匀性好，厚度最小能达到几个纳米，由于沟道长度的大幅度降低，源漏电流可以明显的得到提高；
在发光控制方面，由于场效应半导体层和空穴传输层为P型材料，漏源电压为负，在不施加栅压时，有机半导体内仅存少量的空穴载流子，在源漏电压增大时，由于载流子数量极少，输出电流极小，不发光；当施加负栅极电压时，源极和栅极组成电容结构，源极采用的网状结构可以使部分积累的空穴电荷存在于有机半导体层内，导致有机半导体层中的载流子数目增加，输出电流增大，且由于NPB的空穴传输性较好，从NPB到酞箐铜没有空穴势垒，空穴很容易进入酞箐铜层，空穴克服在酞箐铜和Alq3之间较低的势垒就能漂移到Alq3膜，在Alq3层，电子和空穴相遇产生激子，Alq3发光。
【附图说明】
图1为本发明提供的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管的结构示意图。
图中，1为漏电极、2为漏电极修饰层、3为发光层、4为场效应半导体层、5为空穴传输层、6为源电极、7为绝缘层、8为栅电极、9为柔性衬底；
【具体实施方式】
下面结合具体实例对本发明作进一步说明。
本实施例按照下述步骤制备一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管：
(1)将带有ITO的柔性衬底分别放入甲醇、去离子水、异丙醇中超声清洗10min，清洗过后用氮气吹干；
(2)在带有ITO的柔性衬底上制备绝缘层，采用的工艺为旋涂，转速为4000rpm，旋涂好的PVA放在365nm波长(8W)紫外光下照射10min，并放在200℃的真空干燥箱中交联2小时，然后在60℃下退火30min；
(3)在绝缘层上制备源电极，采用光刻工艺在绝缘层上制备一层网格状牺牲层，再通过真空热蒸镀制备一层金属金，控制蒸发速率和时间使得蒸发上的金属金厚度小于网格状牺牲层厚度，通过释放牺牲层形成网格状金属金；
(4)在制备好的源电极上，采用真空热蒸镀的方式制备空穴传输层，真空度为10-3帕斯卡以下，蒸发速度为0.5埃/秒，厚度为25nm；
(5)在制备好的空穴传输层上，采用真空热蒸镀的方式制备场效应半导体层，真空度为10-3帕斯卡以下，蒸发速度为1埃/秒，厚度为80nm；
(6)在制备好的场效应半导体层上，采用真空热蒸镀的方式制备发光层，真空度为10-3帕斯卡以下，蒸发速度为0.5埃/秒，厚度为25nm；
(7)在制备好的发光层上，采用真空热蒸镀的方式制备漏电极修饰层，真空度为10-3帕斯卡以下，厚度为1nm；
(8)在制备好的漏电极修饰层上制备一层漏电极，将银纳米线加入乙醇溶液中，配置3mg/ml的银纳米线溶液，并超声震荡使银纳米线在无水乙醇中均匀散布，并通过旋涂的方式制备漏电极，旋涂速度为3000rpm，时间50s，旋涂好后的器件放入真空干燥箱中，在160℃环境下退火两小时。
Claims (10)
1.一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，包括漏电极(1)、漏电极修饰层(2)、发光层(3)、场效应半导体层(4)、空穴传输层(5)、源电极(6)、绝缘层(7)、栅电极(8)、柔性衬底(9)；
其中：柔性衬底、栅电极、绝缘层、源电极、空穴传输层、场效应半导体层、发光层、漏电极修饰层和漏电极依次叠加组成。
2.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的栅电极的材料为ITO，漏电极的材料为银纳米线。
3.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的漏电极修饰层的材料为LiF。
4.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的发光层的材料为Alq3。
5.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的场效应半导体层的材料为酞箐铜。
6.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的空穴传输层的材料为NPB。
7.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的源电极为网状金属金。
8.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的绝缘层为的材料为PVA。
9.根据权利要求1所述的一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其特征在于，所述的柔性衬底的材料为PI或PET。
10.制备一种垂直沟道的柔性有机发光场效应晶体管的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将带有ITO的柔性衬底分别放入甲醇、去离子水、异丙醇中超声清洗10min，清洗过后用氮气吹干；
(2)在带有ITO的柔性衬底上制备绝缘层，采用的工艺为旋涂，转速为4000rpm，旋涂好的PVA放在365nm波长(8W)紫外光下照射10min，并放在200℃的真空干燥箱中交联2小时，然后在60℃下退火30min，测得厚度为300nm；
(3)在绝缘层上制备源电极，采用光刻工艺在绝缘层上制备一层网格状牺牲层，再通过真空热蒸镀制备一层金属金，控制蒸发速率和时间使得蒸发上的金属金厚度小于网格状牺牲层厚度，通过释放牺牲层形成网格状金属金；
(4)在制备好的源电极上，采用真空热蒸镀的方式制备空穴传输层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(5)在制备好的空穴传输层上，采用真空热蒸镀的方式制备场效应半导体层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(6)在制备好的场效应半导体层上，采用真空热蒸镀的方式制备发光层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(7)在制备好的发光层上，采用真空热蒸镀的方式制备漏电极修饰层，真空度为10-3帕斯卡以下；
(8)在制备好的漏电极修饰层上制备一层漏电极，将银纳米线加入乙醇溶液中，配置3mg/ml的银纳米线溶液，并超声震荡使银纳米线在无水乙醇中均匀散布，并通过旋涂的方式制备漏电极，旋涂速度为3000rpm，时间50s，旋涂好后的器件放入真空干燥箱中，在160℃环境下退火两小时。
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