CN107845728B - 一种具有输出大电流的ofet管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有输出大电流的OFET管及其制备方法。本发明的OFET管包括栅极（1）、绝缘层（2）、有源层（3）、源极（4）和漏极（5），有源层（3）包括酞菁铜（31），在酞菁铜（31）中至少夹有两层氧化钼（32）。本方法发明包括步骤：1、ITO基片的预处理；2、在基片上旋涂绝缘层；3、蒸镀多夹层复合有源层；4、源漏电极的制备。本发明的OFET管输出电流明显增大，提高了OFET管的驱动能力；本方法发明工艺过程减少，降低了OFET管制备复杂程度，而且制造出的OFET管完全可以达到甚至超过传统的经过界面修饰后的OFET管的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，具体涉及一种具有输出大电流的OFET管及其制备方法。
背景技术
有机场效应晶体管（(organicfieldeffecttransistor，OFET）因其轻便，柔软可折叠，低成本和制备工艺简单等诸多优势受到广泛关注。OFET管包括栅极、绝缘层、有源层、源极和漏极，以单层半导体材料作为有源层的OFET管的输出电流都比较小。
在增大OFET管的输出电流方面，现有技术通常采用两种方式：第一，在有源层中间插入一层额外的半导体材料，由这种方法获得OFET管的输出电流增加，其效果不理想，OFET管在驱动电路中驱动能力较差。第二，采用修饰绝缘层与有源层的接触界面，由这种方法获得OFET管的其他参数会降低，而且制备工艺较复杂。
发明内容
针对现有OFET管中存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种具有输出大电流的OFET管，它能提高OFET管输出电流，且能降低OFET管制备难度，制备工艺简单。本发明还提供该输出大电流的OFET管的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有输出大电流的OFET管，它包括栅极、绝缘层、有源层、源极和漏极，有源层包括酞菁铜（CuPc），在酞菁铜有源层中夹有两层氧化钼（MoO3）。
本发明提供的上述OFET管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、ITO基片的预处理：用镀有ITO的玻璃基片作为衬底，ITO作为栅极；将切割好的ITO基片分别置于清洗液、去离子水、氯仿、丙酮和异丙醇中各超声清洗，用氮气枪吹干基片后用紫外臭氧清洗，再将基片置于真空烘干箱中烘干，转而在热环境下干燥；
步骤2、在基片上旋涂绝缘层：用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为绝缘层；将PMMA溶于苯甲醚中，配置浓度为4~10wt%的PMMA溶液，将溶有PMMA的苯甲醚溶液旋涂在ITO基片上，在真空干燥箱内退火，然后取出用氮气枪吹干；
步骤3、蒸镀多夹层复合有源层：以CuPc夹有至少两层MoO3作为有源层，将ITO基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层CuPc，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层MoO3，再以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层CuPc，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层MoO3，最后以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第三层CuPc；
步骤4、源漏电极的制备：用金作为源漏电极，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的速率蒸镀金作为电极，制得本发明的OFET管。
相比现有的技术，本发明具有以下技术效果：
1、本发明的OFET管有源层采用CuPc夹两层MoO3，输出电流明显增大，提高了OFET管的驱动能力。
2、本发明的有源层的制备仅仅采用蒸镀的方法，相比其他通过界面修饰提高输出电流的方法，工艺过程减少，降低了OFET管制备复杂程度，而且制造出的OFET管完全可以达到甚至超过传统的经过界面修饰后的OFET管的性能。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的OFET管结构示意图；
图2为现有的单层有源层的OFET管的转移特性曲线图；
图3为现有的单夹层有源层的OFET管的转移特性曲线图；
图4为本发明的OFET管的转移特性曲线图。
图中：1．栅极；2.绝缘层；3.有源层；31.酞菁铜层；32．氧化钼层；4.源极；5.漏极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明的OFET管包括栅极1、绝缘层2、有源层3、源极4和漏极5，有源层3包括酞菁铜31，在酞菁铜31中夹有两层氧化钼32。
上述栅极、绝缘层、源极和漏极的材料均选用现有OFET管的通用材料。
本发明的OFET管的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、ITO基片的预处理：用镀有ITO的玻璃基片作为衬底，ITO基片作为栅极；将切割好的ITO基片分别置于清洗液、去离子水、氯仿、丙酮和异丙醇中各超声清洗15分钟，用氮气枪吹干基片后用紫外臭氧清洗30分钟，再将基片置于120℃的真空烘干箱中烘干1小时，转而在90℃环境下干燥8小时；
步骤2、在基片上旋涂绝缘层：用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为绝缘层；将PMMA在55℃环境下溶于苯甲醚中，配制PMMA浓度为4wt%、6wt%、8wt%、10wt%的四种溶液，以4000rpm/min的转速将四种溶有PMMA的苯甲醚溶液旋涂在四个ITO基片上，持续40秒，在120℃下真空干燥箱内退火1小时，然后取出用氮气枪吹干；
步骤3、蒸镀多夹层复合有源层：以有机半导体酞菁铜（CuPc）夹至少两层无机半导体氧化钼（MoO3）作为有源层，将ITO基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层厚度为3nm的CuPc，以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层厚度为3nm的MoO3，再以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层厚度为20nm的CuPc，以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层厚度为3nm的MoO3，最后以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第三层厚度为3nm的CuPc；
步骤4、源漏电极的制备：用金作为源漏电极，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以0.2nm/秒的速率蒸镀50nm金作为电极，电极间沟道尺寸分别为50μm×1cm、100μm×1cm、150μm×1cm、200μm×1cm，制得对应的四种规格的本发明OFET管。
本发明的OFET管的结构为多夹层复合有源层结构，即该OFET管的有源层采用有机半导体与无机半导体材料多次交叉混叠蒸镀制备，而与现有的单层有源层，或者以不同半导体材料混叠蒸镀一次的单夹层有源层的OFET管完全不同。
为了进行对比测试：
按上述步骤制备单层有源层的OFET管，不同之处在于步骤3：将ITO基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀一层厚度为32nm的CuPc；得到单层有源层的OFET管。
按上述步骤制备单夹层有源层的OFET管，不同之处在于步骤3：将ITO基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层厚度为3nm的CuPc，以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层厚度为3nm的MoO3，再以0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层厚度为20nm的CuPc；得到单夹层有源层的OFET管。
用吉时利4200scs半导体参数测试仪，测得单层有源层的OFET管的输出特性曲线如图2所示；该OFET管本身是一个电压控电流的器件，随着栅源之间电压的绝对值增大，有源层形成强反型，源漏电流也迅速增大。当OFET管的栅极偏压达到-60V时，输出饱和电流较小，仅为-8.5×10-4mA，驱动能力比较弱。
用吉时利4200scs半导体参数测试仪，测得单夹层有源层的OFET管的输出特性曲线如图3所示；单夹层有源层的引入，OFET管的输出电流提升不明显，输出饱和电流依旧很小，仅为-7.3×10-4mA，驱动能力同样很弱。
用吉时利4200scs半导体参数测试仪，测得本发明的OFET管的输出特性曲线如图4所示；多夹层复合有源层的引入显著提高了OFET管的性能，输出饱和电流明显增大，可以达到-2.6×10-3mA，其输出电流是传统的单层和单夹层有源层OFET管的3倍及以上，驱动能力得到极大提高，本发明的OFET管在微电子及应用电子领域具有广泛的应用价值。
Claims (3)
1.一种具有输出大电流的OFET管，包括栅极(1)、绝缘层(2)、有源层(3)、源极(4)和漏极(5)，其特征是：有源层(3)包括酞菁铜(31)，在酞菁铜(31)中夹有两层氧化钼(32)。
2.一种制备权利要求1所述OFET管的方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、ITO基片的预处理：用镀有ITO的玻璃基片作为衬底，ITO作为栅极；将切割好的ITO基片分别置于清洗液、去离子水、氯仿、丙酮和异丙醇中各超声清洗，用氮气枪吹干基片后用紫外臭氧清洗，再将基片置于真空烘干箱中烘干，转而在热环境下干燥；
步骤2、在基片上旋涂绝缘层：用聚甲基丙烯酸甲酯作为绝缘层；将PMMA溶于苯甲醚中，配置浓度为4～10wt％的PMMA溶液，将溶有PMMA的苯甲醚溶液旋涂在ITO基片上，在真空干燥箱内退火，然后取出用氮气枪吹干；
步骤3、蒸镀多夹层复合有源层：以CuPc夹有两层MoO3作为有源层，将ITO基片置于真空蒸镀仪中，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层CuPc，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第一层MoO3，再以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层CuPc，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第二层MoO3，最后以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀第三层CuPc；
步骤4、源漏电极的制备：用金作为源漏电极，在真空压力不大于3×10-4Pa下，在基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的速率蒸镀金作为电极，制得OFET管。
3.根据权利要求2所述OFET管的方法，其特征是：在步骤2中，所述退火温度为120℃。
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