CN106784314A - 以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，属于有机场效应晶体管的制备方法领域。所述方法包括将相片纸分别用去离子水和氮气清理表面；将清理后的相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱加热；在相片纸上打印银电极，将相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱加热；在相片纸上打印OTFT活性层材料BFTII和氯仿的混合溶液，热退火；在相片纸上打印介电层，将相片纸置于培养皿中放在真空干燥箱中加热；涂紫外固化胶进行紫外固化，盖上玻璃片后封装完毕。制造成本低，工艺简单，通过添加BFTII和热退火方法，即可使得最终制备的OTFT在保持较低阈值电压的条件下，载流子迁移率提升两个以上数量级，开关比也能上升一个数量级，适于大规模产业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及到有机场效应晶体管的制备方法领域，尤其涉及到以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法。
背景技术
半导体电子器件问世以后，基于有机半导体的电子器件由于其特有的性能也得到快速的发展，比如有机光电存储器、有机场效应晶体管、有机发光二极管、有机太阳能电池等纳米器件。其中，有机场效应薄膜晶体管，简称organic thin-film transistor(OTFT)，由于其特有的性能而引起人们的关注，并得到深入地研究。
基底是印刷电子产品的重要部分，它可以是刚性或柔性的，但其应具有不可渗透，低热膨胀系数，化学惰性，机械坚固，应能承受加工温度等特性。基于硅基的半导体微电子技术已经在电子技术领域主导了半个世纪，硅材料广泛应用于基底，是由于其优异的半导体性能，容易形成氧化层。例如，Bharti等人制作以硅片为基底的OTFT，实现相分离诱导的高载流子迁移率和电稳定性(Bharti,Deepak,Tiwari,Shree Prakash,et al.Phaseseparation induced high mobility and electrical stability in organic field-effect transistors.SYNTHETIC MET,2016,221:186～191)。但是硅衬底也有其缺点，即其刚性和不透明的性质，需要巨大的投资以及日益复杂的工艺。玻璃是具有高透明性的另一种可选择的刚性基底。玻璃也具有不可渗透性，化学惰性且可以承受高温。但是，硅和玻璃基底由于其刚性，且和有机活性层的黏结性不好，不可满足柔性应用的需求。1994年，Garnier及其团队首次使用打印技术研究出柔性OFET(Garnier F,Hajlaoui R,Yassar A,et al.All-polymer field-effect transistor realized by printingtechniques.Science,1994,265:1684～1686)。此后，柔性OFET研究领域引起科研人员的广泛关注。人们一般选择金属箔和塑料作为柔性基底。金属箔具有高弹性模量，较高的热膨胀系数和不可渗透性，且已经在显示器中有一定的应用。例如，Xie及其团队以金属箔为基底制作柔性器件(Xie Z,Hung LS,Zhu F.A flexible top-emitting organic light-emitting diode on steel foil.Chem Phys Lett,2003,381:691～696)。但是低粗糙度的金属箔是昂贵的，塑料由于其柔性和低成本是作为基底一种比较好的选择。聚酰亚胺(PI)，聚四氟乙烯(PTFE)和聚乙烯是印刷中常用的塑料，例如，Na,Kyungmin等人制作以PET为基底的气体传感器(Na,Kyungmin.Ma,Hyunggun.Graphene-Based Wireless EnvironmentalGas Sensor on PET Substrate.JSEN,2016,16(12):5003～5009)，是塑料不是一种环境友好型基底。
现有技术存在的问题有：(1)制造成本过高；(2)基底刚性；(3)环保问题；(4)和有机活性层之间的黏性问题。
发明内容
解决的技术问题：针对上述现有技术中存在制造成本过高、基底刚性、不环保以及有机活性层与基底之间粘结性不好等技术问题，本发明提供一种以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，制造成本低廉，柔性基底，环境友好，有机活性层与基底粘结良好。
技术方案：以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：将相片纸分别用去离子水和氮气清理表面；
步骤二：将经过步骤一处理的相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱加热；
步骤三：在经过步骤二处理的相片纸上打印银电极，将相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱加热；
步骤四：在经过步骤三处理的相片纸上打印BFTII和氯仿的混合溶液，热退火，BFTII的分子结构如下：
步骤五：在经过步骤四处理的相片纸上打印介电层，将相片纸置于培养皿中放在真空干燥箱中加热；
步骤六：涂紫外固化胶进行紫外固化，盖上玻璃片后封装完毕。
作为优选，所述相片纸切割尺寸为1.6cm×1.4cm。
作为优选，步骤三中所述银电极为边栅结构，所述边栅结构包括栅极、漏极、源极和沟道，所述沟道长度为80μm，宽度为8000μm。
作为优选，步骤四中所述BFTII用氯仿做溶剂配成混合溶液的浓度为4mg/mL。
作为优选，步骤四中所述热退火温度为100℃，真空退火10分钟。
有益效果：本发明制造成本低，工艺简单，通过热退火方法，即可得到性能良好的场效应管，并且本发明所提供的一种以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，用相片纸作为基底，价格便宜，环境友好，并且有机活性层与基底粘结良好。
附图说明
图1制得的银电极示意图。
图2制得的OTFT的结构示意图。
图3 BFTII活性层的原子力显微图像。
图4制得的OTFT器件转移特性曲线。
图5制得的OTFT器件输出特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
本发明提供了一种以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，方案的实施主要包括基底材料的选择，纳米银墨水的配制、活性层墨水的配制、介电层墨水的配制、活性层的制备、银电极的制备、介电层的制备、热退火处理和产品封装等，制得的银电极示意图如图1所示，由栅极、源极和漏极组成，在同一平面内，栅极电压的变化可以很好的调控源漏电流所述银电极采用边栅结构，设计沟道长度为80μm。制得的OTFT的结构示意图如图2所示，从下向上依次为相片纸基底、银电极、掺杂的活性层BFTII和介电层。基底材料既可以选择相片纸，也可以选择玻璃、硅片，又可以选择其他柔性基底材料，如PC、PET塑料等。基底材料的选择主要是根据目标产品的需求来衡量，如果要用作贴合可变形的传感检测或显示板，柔性基底更为合适；如果用做透明发光，最为合适的是玻璃基底。本发明选择了相片纸做为基底，电极采用边栅结构。
本发明所述方法具体步骤如下：相片纸切割尺寸为1.6cm×1.4cm，将相片纸分别用去离子水和氮气清理表面。清理后的相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱，在40℃下烘3小时后取出；在取出后的相片纸上打印银电极，之后将相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱，在40℃下烘3小时后取出；将BFTII用氯仿作为溶剂配成溶液浓度为4mg/mL的混合溶液，在相片纸的银电极沟道中打印上述混合溶液，BFTII的分子结构为打印活性层时要保证与沟道两边接触良好，将打印好的相片纸在100℃的温度下真空退火10分钟。经过退火处理后，在相片纸上打印介电层，之后将相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱，在40℃下烘3小时后取出。
所述活性层材料BFTII是一种新型低聚有机半导体，其最高占据分子轨道能级(HOMO)和最低未占据分子轨道能级(LUMO)分别为-5.09eV和-3.60eV，作为OTFT的活性层能表现出很好的场效应特性。
用测试台探针分别连接OTFT的三个电极并通过Keithley源表能够对制得的OTFT进行电学性能测试，其转移特性曲线和输出特性曲线分别见图4和图5，迁移率达到3.3×10-3cm2V-1s-1，同时电流开关比达到104。
测试完毕后，在四周涂上紫外固化胶，盖上盖玻璃，紫外固化，即完成了封装，整个器件制备、测试和封装过程完毕。测试完毕后，在四周涂上紫外固化胶，盖上盖玻璃，紫外固化，即完成了封装。
Claims (5)
1.以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将相片纸分别用去离子水和氮气清理表面；
步骤二：将经过步骤一处理的相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱加热；
步骤三：在经过步骤二处理的相片纸上打印银电极，将相片纸置于培养皿中放入真空干燥箱加热；
步骤四：在经过步骤三处理的相片纸上打印BFTII和氯仿的混合溶液，热退火，BFTII的分子结构如下：
步骤五：在经过步骤四处理的相片纸上打印介电层，将相片纸置于培养皿中放在真空干燥箱中加热；
步骤六：涂紫外固化胶进行紫外固化，盖上玻璃片后封装完毕。
2.根据权利要求1所述的以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，所述相片纸切割尺寸为1.6cm×1.4cm。
3.根据权利要求1所述的以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，步骤三中所述银电极为边栅结构，所述边栅结构包括栅极、漏极、源极和沟道，所述沟道长度为80μm，宽度为8000μm。
4.根据权利要求1所述的以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，步骤四中所述BFTII用氯仿做溶剂配成混合溶液的浓度为4mg/mL。
5.根据权利要求1所述的以相片纸为基底的有机薄膜晶体管的制作方法，其特征在于，步骤四中所述热退火温度为100℃，真空退火10分钟。
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