CN107195781A - 一种基于pmma掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法 - Google Patents

一种基于pmma掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107195781A
CN107195781A CN201710372261.XA CN201710372261A CN107195781A CN 107195781 A CN107195781 A CN 107195781A CN 201710372261 A CN201710372261 A CN 201710372261A CN 107195781 A CN107195781 A CN 107195781A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pmma
btbt
prepare
mobility transistor
small molecules
Prior art date
Application number
CN201710372261.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107195781B (zh
Inventor
陆旭兵
韦尉尧
刘俊明
Original Assignee
华南师范大学
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 华南师范大学 filed Critical 华南师范大学
Priority to CN201710372261.XA priority Critical patent/CN107195781B/zh
Publication of CN107195781A publication Critical patent/CN107195781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107195781B publication Critical patent/CN107195781B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L51/00Solid state devices using organic materials as the active part, or using a combination of organic materials with other materials as the active part; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of such devices, or of parts thereof
    • H01L51/05Solid state devices using organic materials as the active part, or using a combination of organic materials with other materials as the active part; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of such devices, or of parts thereof specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential- jump barrier or surface barrier multistep processes for their manufacture
    • H01L51/0504Solid state devices using organic materials as the active part, or using a combination of organic materials with other materials as the active part; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of such devices, or of parts thereof specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential- jump barrier or surface barrier multistep processes for their manufacture the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or swiched, e.g. three-terminal devices
    • H01L51/0508Field-effect devices, e.g. TFTs
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L51/00Solid state devices using organic materials as the active part, or using a combination of organic materials with other materials as the active part; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of such devices, or of parts thereof
    • H01L51/0001Processes specially adapted for the manufacture or treatment of devices or of parts thereof
    • H01L51/0002Deposition of organic semiconductor materials on a substrate
    • H01L51/0003Deposition of organic semiconductor materials on a substrate using liquid deposition, e.g. spin coating

Abstract

本发明涉及一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,其包括以下步骤:S1:制备C8‑BTBT与PMMA混合溶液;S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,裁剪后对其进行清洗;S3:制备C8‑BTBT有源层和PMMA修饰层:在衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8‑BTBT与PMMA混合溶液,在2000~3000rpm的转速下旋涂40s;S4:对旋涂好的薄膜进行热处理;S5:制备氧化钼缓冲层;S6:制备源漏电极。该制备方法简单、制得的有源层表面缺陷少,制得的晶体管器件性能得到提高。本发明还提供一种采用上述制备方法制备而成的晶体管,其迁移率可达到10.40cm2/(V·S),开关比大,开态电流大,性能较现有技术有了显著的提升。

Description

一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及有机电子学技术领域,特别是涉及一种基于PMMA掺杂小分子的高迀移 率晶体管及其制备方法。
背景技术
[0002] 有机电子柔性器件在过去的30年间受到了学术界和社会工业的广泛关注,是未来 柔性电子显示器件的一个重要发展方向,特别是在最近5-10年间,有机电子学在多个应用 领域取得了长足的进展,如有机场效应晶体管、有机太阳能电池、生物传感器、TFT阵列、有 机发光二极管等。目前有机材料与器件已经由基础研究逐步走向产业化,在应用生产中具 有制作工艺简单、可弯曲、多样和成本低等特性;随着器件的处理加工温度越降越低,制备 过程中相对需要的能耗也降低,从而在柔性显示突出了巨大的优势;未来0TFT器件尺寸能 做得更小,集成度更高,将会大大提高其运算速率以及计算处理能力。有机薄膜晶体管已经 成为一个发展迅速、前途光明的重要研宄领域。
[0003] 以有机聚合物为有源层制成的晶体管,其电学性能可通过对有机分子结构进行适 当的修饰而得到满意的结果;有机物易于获得,但是大多数相对难以溶解,常常需要用到热 蒸镀、脉冲激光沉积、化学气相沉积乃至原子层沉积等高真空、高能耗等方法制备,制备工 艺复杂,且制备的器件往往具有较低的迁移率(小于lcm2/(V • S)),这在一定程度上不利于 工业上的生产和产业化的推广。使用可溶的有机小分子材料,并通过溶液法制备有机半导 体的有源层,在很大的程度上简化了有机场效应晶体管的制备过程,它不需要高真空、高能 耗的器件,故可以有效地降低器件成本。如若将绝缘层、有源层全部使用溶液法制备,便可 以得到所谓的“全溶液法”制备的晶体管。
[0004] 与现有的主流的使用热蒸镀等方法相比较,溶液法制备的有机场效应晶体管0TFT 具有以下特点:摒弃高真空、高能耗的设备,进一步减少制备成本,工艺过程大大简化,便于 产业化大规模生产。材料来源较广,同时环境友好,发展潜力大。这些特点符合社会发展和 技术进步的趋势,因此,它的出现和进展在国际上引起广泛关注,很多大公司和研发机构竞 相投入研发,特别是欧洲已形成研发联盟,OTFT的性能(载流子迁移率)以平均每两年提高 十倍的速度在发展,目前溶液法制备的有机场效应晶体管综合性能己经达到了目前商业上 广泛使用的非晶硅TFT水平(0_7cm2/(V • S))。可以说,用溶液法制备的有机薄膜晶体管将 会成为新一代平板显示的主流技术。但就目前而言还存在着一些待解决的问题:(1)有机小 分子溶解性较差,溶液法制备较困难;(2)所制备器件迁移率较低,一般都在lcm2/(V • S)以 下,开关比较低,阻碍器件的进一步使用;(3)溶液法制备的有源层表面存在缺陷较多,薄膜 连续性不好,表面粗糙度较大,严重影响载流子传输,导致迀移率降低;(4)有源层与绝缘层 结合不好,导致器件电学稳定性较差。为了未来有机薄膜晶体管产业化的推广,以及更深一 步的应用,降低溶液法制备过程中有源层的缺陷和进一步提高器件迁移率是学术界和工业 界所面临的一个巨大的挑战。
发明内容
[0005] 基于此,本发明的目的在于,提供一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的 制备方法,其制备方法简单、有源层表面缺陷少,制得的器件性能得到提高。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率 晶体管的制备方法,包括以下步骤:
[0007] 31:制备08-8181'(2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-1)]苯并噻吩)与?_(聚甲基丙 烯酸甲酯)混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成质量比为0.1 %〜1 %的 C8-BTBT和质量比为〇 • 1 %〜1 %的PMMA混合溶液,所配溶液超声5〜15min后使用,现配现 用;
[0008] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,裁剪后对其进行清洗;
[0009] S3:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:在衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的 C8-BTBT与PMMA混合溶液,在2000〜3000rpm的转速下旋涂40s;
[0010] S4:对旋涂好的薄膜进行热处理;
[0011] S5:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在C8-BTBT有源层上通过掩模板沉积厚度为 5〜10nm的氧化钼层;
[0012] S6:制备源漏电极:采用热蒸法在步骤S5制备的氧化钼缓冲层相同位置上沉积厚 度为35〜45nm的金电极。
[0013]相比于现有技术,本发明所述的制备方法具有如下的优点和有益效果:
[0014] (1)本发明制得的有机薄膜晶体管结构如下:P type highly doped Si/Si〇2 dielectric layer/PMMA/C8-BTBT semiconductor layer/Mo〇3/gold source and drain, 其迁移率高(10.40〇117^*3)),开关比大(1/108),开态电流大(75011)。
[0015] (2)可制得超平整、低粗糙度(〜1.420mn)、高连续性、结晶性良好的有源层薄膜, 且制备方法简单,易于产业化推广,在实现“全溶液法”制备的有薄膜晶体管的制备与产业 化过程中具有广阔的应用前景。
[0016] (3)本发明提出了一种以可溶有机小分子C8-BTBT和PMMA制备混合溶液的方法,可 有效增进有源层与介电层之间的兼容性,有利于有机小分子的旋涂和进一步的提高器件性 能,为旋涂法制备有机电子器件提供了一种很好的制作工艺。
[0017] 进一步,步骤S3之前还包括以下步骤:将步骤S2衬底放入紫外臭氧清洗机UV-0Z0NE中进行UV-0Z0NE处理,处理时间不超过5min,以使UV-OZONE的亲水和清洗功能最大 化。该步骤是对介电层进行亲水处理,通过控制UV-0Z0NE处理绝缘层的时间,改变其表面润 湿性,从而得到更利于溶液铺展的表面,故可以进一步减少后续步骤中有源层的表面缺陷, 进一步提高器件性能。
[0018] 进一步,步骤S2中,首先选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为 1.5cm的正方形;然后通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙 醇、去离子水中,再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质;再用氮气 枪喷射氮气将硅片表面去离子水吹干,最后将其放入烘箱中烘干。通过上述步骤,可将衬底 彻底清洗干净,以便后续步骤的顺利进行,保证制得的器件的质量。
[0019] 进一步,步骤S4中,将旋涂好的薄膜在热板上加热到40°C〜7〇°C,空气中退火60〜 120min。热处理的温度和退火时间对溶剂的挥发速度和结晶性有影响,温度越高挥发速度 越快,结晶性越高;40°C〜70 °C属于低温制备,简化制备工艺的同时也降低了能耗。
[0020] 进一步,步骤S5中,沉积速度为0• 01〜0 • 02nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行 的,气压为 2 X 10—4〜8 X 10—4Pa。
[0021] 进一步,步骤S6中,沉积速度为0 • 01〜0 • 03nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气 压为2 X 10-4〜8 X 10-4Pa。
[0022] 优选地,步骤S1中,C8_BTBT与PMMA混合溶液中CS-BTBT的质量比为0.5%,PMMA的 质量比为0.5%;所配溶液超声l〇min后使用。采用该质量比的混合溶液制得的晶体管器件 性能最佳。
[0023] 优选地,UV-OZONE处理时间为lmin。采用该UV-0Z0NE处理时间对介电层表面进行 处理,后续制得的有源层连续性好,表面缺陷少,粗糙度低,制得的器件迀移率高。
[0024] 优选地,步骤S4中,将旋涂好的薄膜在热板上加热到60°C,空气中退火120min。该 热处理温度和退火时间,溶剂的挥发速率适中,有源层结晶性良好,制得的器件性能最佳。 [0025] 本发明还提供一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管,其以P型重掺硅为基 底和底栅电极,二氧化硅为介电层,有机聚合物PMMA为界面修饰层,有机小分子C8-BTBT为 有源层,过渡金属氧化物氧化钼作为金属电极和半导体之间的缓冲层,金属金作为源漏电 极;其通过上述制备方法制备而成。
[0026] 相比于现有技术,本发明所述的基于PMMA掺杂小分子的高迀移率晶体管结构如 下:P type highly doped Si/Si〇2 dielectric layer/PMMA/C8_BTBT semiconductor layer/Mo〇3/g〇ld source and drain,其迁移率可达到10.40cm2/(V.S),开关比大,可达到 1X108,开态电流大,可达到750y,性能较现有技术有了显著的提升。
[0027] 为了更好地理解和实施,下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
[0028]图1为实施例1中L=50wn的晶体管器件的场效应Id-Vg曲线图。
[0029]图2为实施例1中L=50um的晶体管器件的场效应器件拟合图。
[0030]图3为实施例1中L=50um的晶体管器件的Id-Vg图。
[0031] 图4为不同UV-0Z0NE处理时间下得到的晶体管场效应Id-Vg曲线图。
[0032]图5为实施例1制得的晶体管器件有源层的XRD图。
[0033]图6为在不同UV-0Z0NE处理时间下(实施例卜3)得到的晶体管器件有源层的AFM 图。
[0034]图7为不同UV-0Z0NE处理时间下(实施例丨〜①得到的晶体管器件绝缘层的接触角 示意图。
具体实施方式 [0035] 实施例1
[0036]本实施例所述的一种基于P疆A掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0037] S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0.5 %质量比C8-BTBT和0 • 5 %质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声lOmin后使用,现配现 用;
[0038] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为1.5cm的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘干;
[0039] S3:UV-0Z0NE处理:将步骤2烘干的含50nm二氧化硅的重掺硅片,放入紫外臭氧清 洗机UV-OZONE中,通过控制lmin UV-OZONE处理时间,得到处理过的二氧化硅表面;
[0040] S4:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coat ing技术,先在经过步骤S3 处理的衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8-BTBT与PMMA混合溶液,使用200〇rpm的转 速旋涂40s;
[0041] S5:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到60°C,空气中退火120min;
[0042] S6:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层CS-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0 • 02nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 X l(T4Pa; [0043] S7:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S6制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0.03nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6 X l(T4Pa。 [0044]在室温环境下,利用安捷伦Bl5〇0 A高精度半导体分析仪对器件进行测试。本实施 例制得的晶体管具备很好的性能,如图2所示,通过计算拟合后的场效应曲线,可以看到发 明器件具有10 • 40cm2/(V • S)的高迁移率,远远高于现有技术;如图1所示,在L = 50um的沟 道开关比可达(IX 108),开态电流(750u);从图5可以看出,其有源层表示出良好的结晶性, 具有窄的半峰宽,和大的峰强;从图6可以看出,其有源层粗糙度为1 • 420nm,可见制得的有 源层具有高平整性和高连续度;从图7可以看出,通过UV-0Z0NE处理,绝缘层表面接触角下 降,更利于旋涂。
[0045] 实施例2
[0046] 本实施例所述的一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0047] S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0.5 %质量比C8-BTBT和0.5 %质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声lOmin后使用,现配现 用;
[0048] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为1.5cm的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘千;
[0049] S3:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coating技术,先在衬底上用滴 管铺满由步骤S1配置得到的C8-BTBT与PMMA混合溶液,使用2000rpm的转速旋涂40s;
[0050] S4:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到6(TC,空气中退火120min;
[0051] S5:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层C8-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0 • 02mn/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 x 10—4Pa; [0052] S6:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S5制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0 • 03nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6 x l〇_4pa。 [OO53]在室温环境下,利用安捷伦B1500 A高精度半导体分析仪对器件进行测试。与实施 例1相比较,未用UV-OZONE处理的介电层表面,如图6所示有源层连续性略微降低,表面缺陷 增多,粗糙度升高,器件迁移率略微下降。但相对于现有技术,本实施例制得的有源层表面 仍处于一个较低的粗糙度,且未使用UV-OZONE处理的表面,其表面能较低(如图7所示),故 更有利于半导体有源层的生长。
[0054] 实施例3
[0055] 本实施例所述的一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0056] S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0.5 %质量比C8-BTBT和0 • 5 %质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声l〇min后使用,现配现 用;
[0057] S2:衬底清洗:选取含一氧化娃的P型重惨桂片,用娃片刀切成边长为1.5cm的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘千;
[0058] S3: UV-0Z0NE处理:将步骤2烘干的含50nm二氧化硅的重掺硅片,放入紫外臭氧清 洗机UV-0Z0NE中,通过控制5min UV-0Z0NE处理时间,得到处理过的二氧化硅表面;
[0059] S4:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coating技术,先在经过步骤S3 处理的衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8-BTBT与PMMA混合溶液,使用2000rpm的转 速旋涂40s;
[0060] S5:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到60°C,空气中退火120min;
[0061] S6:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层C8-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0 • 02nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 X l(T4Pa; [0062] S7:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S6制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0 • 03nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6 X 10-4Pa。 [0063] 在室温环境下,利用安捷伦B1500 A高精度半导体分析仪对器件进行测试。与实施 例1相比较,本实施例中控制5min UV-0Z0NE处理介电层表面,使旋涂后有源层表面连续性 下降,粗糙度上升(如图6所示),器件性能略微衰减(如图4所示)。但较之现有技术,5min UV-0Z0NE处理介电层表面可得到润湿的介电层表面,虽然表面能略微降低,但在旋涂过程 中溶液易于铺展,且UV-0Z0NE处理起到一定的清洗作用,故仍可得到良好的电学性能(如图 4所示)。
[0064] 实施例4
[0065] 本实施例所述的一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0066] S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0.5 %质量比C8-BTBT和0.5 %质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声10min后使用,现配现 用;
[0067] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为1.5cm的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘干;
[0068] S3:UV-0Z0NE处理:将步骤2烘干的含50nm二氧化硅的重掺硅片,放入紫外臭氧清 洗机UV-0Z0NE中,通过控制lmin UV-0Z0NE处理时间,得到处理过的二氧化硅表面;
[0069] S4:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coating技术,先在经过步骤S3 处理的衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8-BTBT与PMMA混合溶液,使用2000rpm的转 速旋涂40s;
[0070] S5:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到40°C,空气中退火120min;
[0071] S6:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层C8-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0.02nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 x 10>a; [0072] S7:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S6制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0.03nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6X10>a。 [0073]在室温环境下,利用安捷伦B1500 A高精度半导体分析仪对器件进行测试。与实施 例1相比较,本实施例中热处理采用40°C退火,制得的有源层结晶性稍稍下降,但电学性能 下降不多,故40°C退火整体对器件制备影响不大,器件性能良好。较之现有技术,4〇°C退火 属于低温制备,简化了制备工艺,减少能耗,且在一定程度上减少溶剂挥发速率,更有利于 有源层的生长。
[0074] 实施例5
[0075] 本实施例所述的一种基于PMMA掺杂小分子的高迀移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0076] S1:制备CS-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0 • 5 %质量比C8-BTBT和0 • 5 %质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声lOmin后使用,现配现 用;
[0077] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为1.5cm的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘干;
[0078] S3: UV-0Z0NE处理:将步骤2烘干的含50nm二氧化硅的重掺硅片,放入紫外臭氧清 洗机UV-0Z0NE中,通过控制lmin UV-0Z0NE处理时间,得到处理过的二氧化硅表面;
[0079] S4:制备C8_BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coating技术,先在经过步骤S3 处理的衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的CS-BTBT与PMMA混合溶液,使用2000rpm的转 速旋涂40s;
[0080] S5:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到70°C,空气中退火120min;
[0081] S6:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层C8-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0 • 〇2nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 X l〇_4Pa; [0082] S7:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S6制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0 • 03nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6 X 10_4Pa。 [0083]在室温环境下,利用安捷伦BlfSOO A高精度半导体分析仪对器件进行测试。与实施 例1相比较,本实施例中热处理采用7〇°C退火,溶剂挥发速度加快,但结晶性提高,亦可得到 性能不错的半导体层。热处理可以使薄膜获得更好的结晶性,提高有源层的连续性,更利于 器件性能的提升。
[0084] 实施例6
[0085] 本实施例所述的一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0086] S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0 • 5 %质量比C8-BTBT和0 • 5%质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声5min后使用,现配现 用;
[0087] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘干;
[0088] S3: UV-OZONE处理:将步骤2烘干的含50mn二氧化硅的重掺硅片,放入紫外臭氧清 洗机UV-0Z0NE中,通过控制lmin UV-0Z0NE处理时间,得到处理过的二氧化硅表面;
[0089] S4:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coating技术,先在经过步骤S3 处理的衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8-BTBT与PMMA混合溶液,使用2000rpm的转 速旋涂40s;
[0090] S5:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到60°C,空气中退火120min;
[0091] S6:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层C8-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0.02nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 X l(T4Pa; [OO92] S7:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S6制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0 • 〇3nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6 X l〇_4Pa。 [0093]在室温环境下,利用安捷伦Blf500 A高精度半导体分析仪对器件进行测试。与实施 例1相比较,本实施例中混合溶液配好后超声5min,略微改变PMMA在氯苯中的溶解度,变相 改变PMMA和C8-BTBT混合比例,性能差距不大。较之现有技术,PMMA掺杂可以使有机小分子 更利于旋涂,起一个导向作用,从而获得性能更优异的半导体层。
[0094] 实施例7
[0095]本实施例所述的一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,包括以 下步骤:
[0096] S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成 0 •5 %质量比C8-BTBT和0 • 5 %质量比的PMMA混合溶液,所配溶液超声15min后使用,现配现 用;
[0097] S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为1.5cm的正方 形,通过超声对其进行清洗:依次放入丙酮、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水中, 再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质,用氮气枪喷射氮气将硅片 表面去离子水吹干,再将其放入烘箱中烘干;
[0098] S3: UV-0Z0NE处理:将步骤2烘干的含50nm二氧化硅的重掺硅片,放入紫外臭氧清 洗机UV-0Z0NE中,通过控制lmin UV-OZONE处理时间,得到处理过的二氧化硅表面;
[0099] S4:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:采用spin-coating技术,先在经过步骤33 处理的衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8-BTBT与PMMA混合溶液,使用2〇〇〇rpm的转 速旋涂40s;
[0100] S5:热处理:旋涂好的薄膜在热板上加热到60°C,空气中退火120min;
[0101] S6:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在有源层CS-BTBT上通过掩模板沉积厚度为 5nm的氧化钼层,沉积速度为0• 02nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为6 X 10 4Pa; [01021 S7:制备源漏电极:采用热蒸发的方法在步骤S6制备的氧化钼的相同位置沉积厚 度为40nm的金电极,沉积速度为0_03nm/S,沉积在高真空的腔体中进行,气压为6xi(T4Pa。 [0103]在室温环境下,利用安捷伦B1500 A高精度半导体分析仪对器件进行测试。与实施 例1相比较,本实施例中混合溶液配好后超声15min,略微改变PMMA和C8-BTBT掺杂比例,也 可制备高性能的薄膜。较之现有技术,PMMA掺杂可以使有机小分子更利于旋涂,通过旋涂可 以制备平整度更高,连续性更好的半导体层,从而提高器件性能。
[0104]上述实施例中,实施例1为最佳实施例。为了便于比较,上述7个实施例除了UV-0Z0NE处理时间、热处理温度和混合溶液超声时间之外,其他参数均采用优选参数值。相比 于现有技术,本发明采用有机小分子半导体材料与聚合物混合旋涂,可以简化制备工序,提 高薄膜质量,提高半导体小分子的结晶性。通过控制UV-0Z0NE处理绝缘层的时间,改变其表 面润湿性,从而得到更利于溶液铺展的表面,故可以进一步减少有源层表面缺陷,进一步提 局器件性能。
[0105]以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式,其描述较为具体和详细,但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来 说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护 范围。

Claims (10)

1.一种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,其特征在于:包括以下步 骤: v S1:制备C8-BTBT与PMMA混合溶液:以C8-BTBT和PMMA为溶质,氯苯为溶剂,配制成质量 比为0.1 %〜1 %的C8-BTBT和质量比为0 • 1 %〜1 %的PMMA混合溶液,所配溶液超声5〜 15m i n后使用,现配现用; S2:衬底清洗:选取含二氧化硅的P型重掺硅片,裁剪后对其进行清洗; S3:制备C8-BTBT有源层和PMMA修饰层:在衬底上用滴管铺满由步骤S1配置得到的C8— BTBT与PMMA混合溶液,在2000〜3000rpm的转速下旋涂4〇s; S4:对旋涂好的薄膜进行热处理; S5:制备氧化钼缓冲层:采用热蒸发法在C8-BTBT有源层上通过掩模板沉积厚度为5〜 10nm的氧化钼层; S6:制备源漏电极:采用热蒸法在步骤S5制备的氧化钼缓冲层相同位置上沉积厚度为 35〜45nm的金电极。
2.根据权利要求1所述的基于P MM A掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤S3之前还包括以下步骤:将步骤S2衬底放入紫外臭氧清洗机UV-OZONE中进行UV-OZONE处理,处理时间不超过5min。
3. 根据权利要求1所述的基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤S2中,首先选取含二氧化硅的P型重掺硅片,用硅片刀切成边长为i.5cm的正方 形;然后通过超声对其进行清洗:依次放入丙嗣、异丙醇、去离子水、丙酮、异丙醇、去离子水 中,再将其用去离子水冲洗两分钟,使其去除表面的有机物等杂质;再用氮气枪喷射氮气将 硅片表面去离子水吹干,最后将其放入烘箱中烘干。
4. 根据权利要求1所述的基于PMMA掺杂小分子的高迀移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤S4中,将旋涂好的薄膜在热板上加热到40°C〜70°C,空气中退火60〜120min。
5. 根据权利要求1所述的基于PMMA掺杂小分子的高迀移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤Sf5中,沉积速度为〇.〇1〜〇.〇2nm/s,沉积是在高真空的腔体中进行的,气压为2X KT4〜8X10_4Pa。
6. 根据权利要求1所述的基于PMMA掺杂小分子的高迀移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤S6中,沉积速度为〇 • 〇1〜〇 • 〇3nm/s,沉积在高真空的腔体中进行,气压为2 X 10_4 〜8X10_4Pa。
7. 根据权利要求1所述的基于PMMA掺杂小分子的高迀移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤S1中,C8-BTBT与PMMA混合溶液中C8-BTBT的质量比为0.5%,PMMA的质量比为 〇 • 5 % ;所配溶液超声1 〇m i n后使用。
8. 根据权利要求2所述的基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,其特征 在于:UV-OZONE处理时间为lmin。
9. 根据权利要求4所述的基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管的制备方法,其特征 在于:步骤S4中,将旋涂好的薄膜在热板上加热到6〇°C,空气中退火120min。
10. —种基于PMMA掺杂小分子的高迁移率晶体管,其特征在于:以P型重掺硅为基底和 底栅电极,二氧化硅为介电层,有机聚合物PMMA为界面修饰层,有机小分子CS-BTBT为有源 层,过渡金属氧化物氧化钼作为金属电极和半导体之间的缓冲层,金属金作为源漏电极;其 通过如权利要求1〜9任一项所述的制备方法制备而成。
CN201710372261.XA 2017-05-24 2017-05-24 一种基于pmma掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法 Active CN107195781B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710372261.XA CN107195781B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种基于pmma掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710372261.XA CN107195781B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种基于pmma掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107195781A true CN107195781A (zh) 2017-09-22
CN107195781B CN107195781B (zh) 2020-07-07

Family

ID=59875583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710372261.XA Active CN107195781B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种基于pmma掺杂小分子的高迁移率晶体管及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107195781B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107768519A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 国家纳米科学中心 反相器及其制备方法
CN107768520A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 国家纳米科学中心 倍频器及其制备方法
CN109254238A (zh) * 2018-08-16 2019-01-22 华南师范大学 一种c8-btbt晶体管湿度检测方法
CN109638158A (zh) * 2018-11-28 2019-04-16 中南大学 一种柔性有机薄膜晶体管及其制备方法
CN109698276A (zh) * 2018-12-27 2019-04-30 广州天极电子科技有限公司 一种薄膜晶体管器件及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101002344A (zh) * 2004-08-27 2007-07-18 昭和电工株式会社 有机电致发光器件及其制造方法
CN100405120C (zh) * 2003-05-22 2008-07-23 利奎阿维斯塔股份有限公司 显示器件
US20100065830A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic thin film transistor and method for fabricating the same
CN102222766A (zh) * 2011-05-12 2011-10-19 天津理工大学 一种8-羟基喹啉铝为修饰层的c60有机场效应晶体管
CN102420288A (zh) * 2011-11-21 2012-04-18 北京科技大学 一种带介电修饰层的有机场效应晶体管及制备方法
KR101408246B1 (ko) * 2013-03-27 2014-06-17 중앙대학교 산학협력단 유기 태양전지용 정공수송재료, 이를 구비한 유기 태양전지, 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법
CN104795497A (zh) * 2014-12-18 2015-07-22 合肥工业大学 一种用于喷墨打印有机薄膜晶体管的绝缘层修饰方法
CN106058047A (zh) * 2016-07-06 2016-10-26 华南师范大学 一种用于柔性低压驱动有机薄膜晶体管的高介电栅介质材料及其制备方法与应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100405120C (zh) * 2003-05-22 2008-07-23 利奎阿维斯塔股份有限公司 显示器件
CN101002344A (zh) * 2004-08-27 2007-07-18 昭和电工株式会社 有机电致发光器件及其制造方法
US20100065830A1 (en) * 2008-09-18 2010-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Organic thin film transistor and method for fabricating the same
CN102222766A (zh) * 2011-05-12 2011-10-19 天津理工大学 一种8-羟基喹啉铝为修饰层的c60有机场效应晶体管
CN102420288A (zh) * 2011-11-21 2012-04-18 北京科技大学 一种带介电修饰层的有机场效应晶体管及制备方法
KR101408246B1 (ko) * 2013-03-27 2014-06-17 중앙대학교 산학협력단 유기 태양전지용 정공수송재료, 이를 구비한 유기 태양전지, 및 이를 이용한 유기 태양전지 제조방법
CN104795497A (zh) * 2014-12-18 2015-07-22 合肥工业大学 一种用于喷墨打印有机薄膜晶体管的绝缘层修饰方法
CN106058047A (zh) * 2016-07-06 2016-10-26 华南师范大学 一种用于柔性低压驱动有机薄膜晶体管的高介电栅介质材料及其制备方法与应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUAN LIU等: "Solution-Processable Organic Single Crystals with Bandlike Transport in Field-Effect Transistors", 《ADV. MATER.》 *
JAEMIN KIM等: "Optimization and improvement of TIPSepentacene transistors (OTFT) with UVeozone and chemical treatments using an all-step solution process", 《CURRENT APPLIED PHYSICS》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107768519A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 国家纳米科学中心 反相器及其制备方法
CN107768520A (zh) * 2017-09-29 2018-03-06 国家纳米科学中心 倍频器及其制备方法
CN107768519B (zh) * 2017-09-29 2020-11-27 国家纳米科学中心 反相器及其制备方法
CN107768520B (zh) * 2017-09-29 2020-12-01 国家纳米科学中心 倍频器及其制备方法
CN109254238A (zh) * 2018-08-16 2019-01-22 华南师范大学 一种c8-btbt晶体管湿度检测方法
CN109638158A (zh) * 2018-11-28 2019-04-16 中南大学 一种柔性有机薄膜晶体管及其制备方法
CN109698276A (zh) * 2018-12-27 2019-04-30 广州天极电子科技有限公司 一种薄膜晶体管器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107195781B (zh) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Doped hole transport layer for efficiency enhancement in planar heterojunction organolead trihalide perovskite solar cells
Giri et al. High‐mobility, aligned crystalline domains of TIPS‐pentacene with metastable polymorphs through lateral confinement of crystal growth
Sekine et al. ZnO nano-ridge structure and its application in inverted polymer solar cell
Xu et al. High performance indium-zinc-oxide thin-film transistors fabricated with a back-channel-etch-technique
Everaerts et al. Printed indium gallium zinc oxide transistors. Self-assembled nanodielectric effects on low-temperature combustion growth and carrier mobility
Faber et al. Impact of oxygen plasma treatment on the device performance of zinc oxide nanoparticle-based thin-film transistors
Meng et al. Low-temperature fabrication of high performance indium oxide thin film transistors
CN100481561C (zh) 一种提高聚合物薄膜太阳能电池效率的溶剂处理方法
JP2012235129A (ja) 薄膜トランジスタ及びトップゲート型薄膜トランジスタの製造方法
Wang et al. Memory switching properties of e-beam evaporated SiOx on N++ Si substrate
CN104009093B (zh) 一种高k介电层水性氧化铟薄膜晶体管的制备方法
US9577050B2 (en) Semiconductor laminate, semiconductor device, and production method thereof
CN104299723A (zh) 一种高性能金属纳米线透明导电薄膜的制备方法
CN1577913A (zh) 有机薄膜晶体管及其制造方法
Xu et al. Low-voltage zinc oxide thin-film transistors with solution-processed channel and dielectric layers below 150 C
Ra et al. Ion bombardment effects on ZnO nanowires during plasma treatment
CN1930668A (zh) 绝缘膜的改性方法
US20160300717A1 (en) Semiconductor laminate, semiconductor device, and production method thereof
Ren et al. High‐Performance, Ultrathin, Ultraflexible Organic Thin‐Film Transistor Array Via Solution Process
CN105152125A (zh) 一种基于微沟道结构的微纳米材料有序自组装图形化方法
TWI508183B (zh) 形成含氧半導體薄膜電晶體之方法
CN103236503B (zh) 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
Yu et al. Solution-processed p-type copper oxide thin-film transistors fabricated by using a one-step vacuum annealing technique
JP2012505538A (ja) 横方向成長半導体ナノワイヤの製造方法とその方法により得られたトランジスタ
CN103928350B (zh) 一种双沟道层薄膜晶体管的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant