CN106981569A - 有机薄膜晶体管电极及其修饰方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机薄膜晶体管电极及其修饰方法与应用，所述修饰方法包括：提供有机薄膜晶体管电极，至少所述电极表面的局部区域由金组成；提供石墨烯氧化物，所述石墨烯氧化物至少具有活性羟基；提供同时包含有活性巯基、氨基的选定化合物，并使所述选定化合物中的活性巯基、氨基分别与所述电极表面的金及所述石墨烯氧化物具有的活性羟基反应，从而使所述石墨烯氧化物固定连接于所述电极表面，最终使所述电极表面被单层氧化石墨烯包覆。本发明提供的有机薄膜晶体管电极修饰方法操作简单，可以在常温常压环境中通过溶液法实现，适合于实际大规模加工，能够显著改善有机场效应晶体管中有机半导体与电极的接触，大幅提高有机场效应晶体管的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体场效应晶体管器件，尤其涉及一种有机薄膜晶体管电极及其修饰方法与应用。
背景技术
作为一种新型电子元器件，有机薄膜晶体管以其柔性、价廉、可大面积加工等优点，逐渐引起了人们的关注。然而，有机薄膜晶体管的性能距离实际大规模应用还有待提高。其中，源漏电极与有机半导体材料的接触对电荷的注入与收集起着关键性作用。源漏电极是否与有机半导体材料良好接触，决定着器件的性能好坏，尤其是底接触型器件。为了使源漏电极与有机半导体材料更好的接触，人们通过在电极表面修饰硫醇、聚合物、石墨烯及其氧化物等，大大提高了器件的性能。但是，对于石墨烯及其氧化物的修饰，目前主要是通过化学气相沉积(CVD)和物理吸附方法，前者需要700℃以上的高温，不适合柔性器件；后者修饰的石墨烯及其氧化物不牢固，容易脱落，都不适合于实际大规模的生产加工。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种有机薄膜晶体管电极及其修饰方法与应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种有机薄膜晶体管电极，包括电极基体和石墨烯氧化物，至少所述电极基体表面的局部区域由金组成，所述石墨烯氧化物和所述电极基体通过与选定化合物反应而固定结合，其中所述石墨烯氧化物中的活性羟基与所述选定化合物中的活性氨基反应键合，所述选定化合物中的活性巯基与所述电极基体表面的金反应键合。
进一步的，在所述电极中至少所述电极基体表面的局部区域包覆有厚度小于1nm且形貌平整的单层氧化石墨烯。
进一步的，所述电极为源极和/或漏极。
本发明实施例提供了一种有机薄膜晶体管电极的修饰方法，其包括：
提供有机薄膜晶体管电极，至少所述电极表面的局部区域由金组成；
提供石墨烯氧化物，所述石墨烯氧化物至少具有活性羟基；
提供同时包含有活性巯基和活性氨基的选定化合物，并使所述选定化合物中的活性巯基和活性氨基分别与所述电极表面的金及所述石墨烯氧化物具有的活性羟基反应，从而使所述石墨烯氧化物固定连接于所述电极表面。
本发明实施例提供了一种有机场效应晶体管，其包括所述的有机薄膜晶体管电极。
与现有技术相比，本发明的优点包括：提供的有机薄膜晶体管电极，特别是其源、漏电极的修饰方法操作简单，可以在常温常压环境中通过溶液法实现，适合于实际大规模加工，而且能够将石墨烯氧化物通过化学键牢固修饰于所述电极上，不易脱落，进而能够显著改善有机场效应晶体管中有机半导体与电极的接触，大幅提高有机场效应晶体管的性能。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中有机薄膜晶体管电极的示意图；
图2是本发明一典型实施例中修饰石墨烯氧化物后的原子力(AFM)形貌图；
图3是本发明一典型实施例中修饰石墨烯氧化物后的拉曼光谱图；
图4a和图4b是本发明一典型实施例中修饰石墨烯氧化物后的电流电压关系图；
图5a和图5b是本发明一典型实施例中没有修饰石墨烯氧化物的电流电压关系图；
附图标记说明：1—栅极；2—绝缘层；3—OTS单分子修饰层；4—源(漏)电极；5—巯基乙胺；6—氧化石墨烯；7—有机半导体层。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种有机薄膜晶体管电极，包括电极基体及石墨烯氧化物，至少所述电极基体表面的局部区域由金组成，所述石墨烯氧化物和所述电极基体通过与选定化合物反应而固定结合，从而至少在所述电极基体表面的局部区域包覆厚度小于1nm且形貌平整的单层氧化石墨烯，其中所述石墨烯氧化物中的活性羟基与所述选定化合物中的活性氨基反应键合，所述选定化合物中的活性巯基与所述电极基体表面的金反应键合。
进一步的，所述电极为源极和/或漏极，并且所述电极由金组成或者所述电极表面设有金镀层。
在一些实施方案之中，所述选定化合物可优选采用巯基乙胺，但也可以是其它同时包含活性氨基及巯基的化合物。
本发明实施例的一个方面还提供了一种有机薄膜晶体管电极的修饰方法，其包括：
提供有机薄膜晶体管电极，至少所述电极表面的局部区域由金组成；
提供石墨烯氧化物，所述石墨烯氧化物至少具有活性羟基；
提供同时包含有活性巯基和活性氨基的选定化合物，并使所述选定化合物中的活性巯基和活性氨基分别与所述电极表面的金及所述石墨烯氧化物具有的活性羟基反应，从而使所述石墨烯氧化物固定连接于所述电极表面，最终至少使所述电极的局部表面被厚度小于1nm且具有平整形貌的单层氧化石墨烯包覆。
在一些实施方案中，所述的修饰方法包括：将所述电极于所述选定化合物的溶液中充分浸渍后，再清洗除去未反应的所述选定化合物，之后于所述石墨烯氧化物的分散液中充分浸渍反应，从而使所述石墨烯氧化物固定连接于所述电极表面。
在一些实施方案中，所述电极为源极和/或漏极，并且所述电极由金组成或者所述电极表面设有金镀层。
在一些实施方案中，所述选定化合物包括巯基乙胺。
在一些实施方案中，所述选定化合物的溶液优选为巯基乙胺的乙醇溶液，但不限于此。
本发明实施例的一个方面还提供了一种有机场效应晶体管，其包括前述的任一种有机薄膜晶体管电极。
进一步的，所述的有机场效应晶体管还可包括栅极、绝缘层和有机半导体层，其中所述绝缘层设置于所述栅极和有机半导体层之间，所述有机薄膜晶体管电极为源极和漏极，所述源极和漏极分别与所述有机半导体层连接。
其中，所述绝缘层可以采用氧化硅层，优选的，所述氧化硅层与所述有机半导体层之间还设有OTS(十八烷基三氯硅烷)单分子层，籍以进一步提升器件性能。
在本发明中，藉由所述的修饰方法，可以在电极基体表面包覆单层氧化石墨烯(厚度小于1nm)，该单层氧化石墨烯具有平整形貌，可以保证有机半导体在源、漏电极上规则有序的生长，而且可以改善有机薄膜晶体管中有机半导体与源、漏电极的接触，使电荷更有效在有机半导体和源、漏电极之间的传输，从而改善器件的性能。
以下结合一典型实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：本实施例涉及对一种有机薄膜晶体管电极进行修饰的方法，所述电极为源极和漏极，其优选为金电极，或者至少是电极表层由金组成。该修饰方法包括：通过溶液法，将所述电极浸泡在预先配置好的浓度约5mg/mL的巯基乙胺/乙醇溶液中，反应约5分钟，以使所述电极表面修饰上一层巯基乙胺单分子层，再以去离子水中超声清洗约5分钟(2次)后，再将所述电极浸泡在浓度约0.1mg/mL的氧化石墨烯的水分散液中，反应约10分钟，再以去离子水超声清洗约5分钟(2次)，氮气吹干。原子力形貌测试(图2)和拉曼光谱测试(图3)都表明石墨烯氧化物成功的修饰于金电极表面。
以所述电极构建的一种有机薄膜晶体管的结构可以参阅图1所示，其包括栅极1(兼作衬底，可以是掺杂(doped)Si衬底)、绝缘层(如氧化硅层)2和有机半导体层，其中所述绝缘层设置于所述栅极和有机半导体层之间，所述源极和漏极4分别与所述有机半导体层连接。所述氧化硅层与所述有机半导体层之间还设有OTS(十八烷基三氯硅烷)单分子层3。基于本实施例构筑了PDI-8CN2有机半导体薄膜晶体管，其迁移率为0.076cm2V-1s-1，明显高于不修饰GO(石墨烯氧化物)的PDI-8CN2器件的迁移率0.002cm2V-1s-1。其输出、转移曲线分别在图2、图3示出。
需要说明的是，本实施例的附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明的实施例。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有机薄膜晶体管电极，包括电极基体，至少所述电极基体表面的局部区域由金组成，其特征在于还包括石墨烯氧化物，所述石墨烯氧化物和所述电极基体通过与选定化合物反应而固定结合，其中所述石墨烯氧化物中的活性羟基与所述选定化合物中的活性氨基反应键合，所述选定化合物中的活性巯基与所述电极基体表面的金反应键合。
2.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管电极，其特征在于：所述电极为源极和/或漏极，并且所述电极由金组成或者所述电极表面设有金镀层。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜晶体管电极，其特征在于：所述选定化合物包括巯基乙胺。
4.一种有机薄膜晶体管电极的修饰方法，其特征在于包括：
提供有机薄膜晶体管电极，至少所述电极表面的局部区域由金组成；
提供石墨烯氧化物，所述石墨烯氧化物至少具有活性羟基；
提供同时包含有活性巯基和活性氨基的选定化合物，并使所述选定化合物中的活性巯基和活性氨基分别与所述电极表面的金及所述石墨烯氧化物具有的活性羟基反应，从而使所述石墨烯氧化物固定连接于所述电极表面，最终至少使所述电极的局部表面被厚度小于1nm且具有平整形貌的单层氧化石墨烯包覆。
5.根据权利要求4所述的修饰方法，其特征在于包括：将所述电极于所述选定化合物的溶液中充分浸渍后，清洗除去未反应的所述选定化合物，再于所述石墨烯氧化物的分散液中充分浸渍反应，从而使所述石墨烯氧化物固定连接于所述电极表面。
6.根据权利要求4所述的修饰方法，其特征在于：所述电极为源极和/或漏极，并且所述电极由金组成或者所述电极表面设有金镀层。
7.根据权利要求4所述的修饰方法，其特征在于：所述选定化合物包括巯基乙胺。
8.根据权利要求5所述的修饰方法，其特征在于：所述选定化合物的溶液包括巯基乙胺的乙醇溶液。
9.一种有机场效应晶体管，其特征在于包括权利要求1-3中任一项所述的有机薄膜晶体管电极。
10.根据权利要求9所述的有机场效应晶体管，其特征在于还包括栅极、绝缘层和有机半导体层，其中所述绝缘层设置于所述栅极和有机半导体层之间，所述有机薄膜晶体管电极为源极和漏极，所述源极和漏极分别与所述有机半导体层连接。
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