CN108539018A - 一种基于普适绝缘层的ofet管驱动及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于普适绝缘层的OFET管驱动，包括栅极(1)、绝缘层(2)、有源层(3)、源极(4)和漏极(5)，绝缘层(2)为一种普适材料PVP，在栅极(1)表面上覆盖PVP层(2)，在PVP层(2)上覆盖有源层(3)。有源层(3)为P型有源层Pentance(31)和N型有源层F16CuPc(32)，在绝缘层(2)表面上覆盖Pentance和F16CuPc，形成为有序晶体状有机薄膜。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Pentance和F16CuPc；4、源漏电极的制备。本发明的OFET管驱动提高了OFET管驱动性能，且能降低OFET管驱动制备难度，制备工艺简单；实现一种同时满足在空气中稳定且性能优良的OFET管驱动，本方法发明在微电子及应用电子领域有广泛的应用价值。

Description

一种基于普适绝缘层的OFET管驱动及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机半导体器件，具体涉及基于普适绝缘层的OFET管驱动及其制备方法。
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，
目前，基于N型和P型OFET的柔性驱动器件仍存在不足之处。第一，大部分有机半导体材料对空气敏感，制备的器件稳定性差，在空气中迁移率会迅速降低，甚至无法显示出电学性质。第二，以SiO2作为绝缘层的硅基器件以其稳定的性能以及成熟的工艺等优势仍占领市场主要地位，但硅基器件无法实现真正意义上的柔性驱动，而传统的聚合物绝缘层PMMA因其薄膜界面较粗糙，在PMMA界面上结晶有源层无法获得有序晶体状有机薄膜，因此制备的基于PMMA为绝缘层的OFET管驱动性能较差。
发明内容
针对现有OFET管存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于普适绝缘层的OFET管驱动，本发明使用了在空气中呈现出良好的载流子传输特征P型有机半导体材料Pentacene和N型有机半导体材料F16CuPc作为有源层，同时还使用了一种薄面界面粗糙度较低的聚合物材料PVP作为绝缘层，实现一种同时满足在空气中稳定且性能优良的OFET管驱动。本发明还提供该OFET管驱动的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于普适绝缘层的OFET管驱动，它包括栅极、绝缘层、有源层、源极和漏极，绝缘层为PVP，有源层分别为P型有源层Pentance和N型有源层F16CuPc，在PVP层上结晶Pentance层和F16CuPc层，形成有序晶体状有机薄膜。
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(4-乙烯基苯酚)(PVP)作为绝缘层；将PVP溶于乙醇中，配置浓度为2～4wt％的PVP溶液，将溶有PVP的乙醇溶液旋涂在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Pentance和F16CuPc：以Pentance为P型有源层，以F16CuPc为N型有源层，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ITO基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀P型有机半导体Pentance，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀N型有机半导体F16CuPc；
步骤4、源漏电极的制备：用铜作为源漏电极，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/秒的速率蒸镀铜作为电极，制得OFET管驱动。
相比现有的技术，本发明具有以下技术效果：
1、本发明使用聚合物材料PVP作为绝缘层，其既可溶解便于制备也具有良好的柔韧性便于弯折，降低了高性能OFET管制备的技术难度，实现了制备过程常规化。
2、本发明使用P型半导体材料Pentance和N型半导体材料F16CuPc作为有源层，Pentacene和F16CuPc均在空气中呈现出良好的载流子传输特征，保证了器件的稳定性。
3、本发明的OFET管在ITO基片上旋涂PVP溶液获得光滑的聚合物绝缘层膜，在PVP上结晶Pentance层和F16CuPc层，形成有序晶体状有机薄膜。与基于PMMA绝缘层的OFET管驱动相比，本发明器件的P型和N型的饱和电流均提高了4倍以上，大幅度提高了OFET管的驱动性能。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的OFET管驱动结构示意图；
图2为本发明的OFET管与和基于PMMA绝缘层的OFET管驱动的P型的转移特性曲线对比图；
图3为本发明的OFET管与和基于PMMA绝缘层的OFET管驱动的N型的转移特性曲线对比图。
图中：1.栅极；2.绝缘层；3.有源层；31.P型有源层32.N型有源层；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管驱动包括栅极1、绝缘层2、有源层3、源极4和漏极5，有源层3包括P型和N型两种有源层，在栅极1表面上覆盖PVP层2，在PVP层2上分别覆盖P型有源层Pentance层31和N型有源层F16CuPc层32，形成为有序晶体状有机薄膜。
上述栅极、源极和漏极的材料均选用现有OFET管驱动的通用材料。
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PVP作为绝缘层；将PVP在常温下溶于乙醇中，配制PVP浓度为2wt％、3wt％、4wt％三种溶液，以2500rpm/min的转速将三种溶有PVP的乙醇溶液旋涂在三个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Pentance和F16CuPc：以Pentance为P型有源层，以F16CuPc为N型有源层，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ITO基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀P型有机半导体Pentance，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀N型有机半导体F16CuPc；
步骤4、源漏电极的制备：用铜作为源漏电极，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铜作为电极，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管驱动。
为了进行对比测试，按上述步骤制备基于PMMA绝缘层的OFET管驱动，不同之处在于步骤2：将PMMA在常温下溶于苯甲醚中，配制PMMA浓度为2wt％、3wt％、4wt％三种溶液，以2500rpm/min的转速将三种溶有PMMA的苯甲醚溶液旋涂在三个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；得到基于PMMA绝缘层的OFET管驱动。
如图2所示，用吉时利4200scs半导体参数测试仪测试OFET管驱动的P型性能，基于PMMA绝缘层的OFET管驱动的P型性能(空穴传输性能)较差，当漏电压为-50V时其最大饱和电流为-5.13×10-6A；本发明的OFET管驱动P型性能比基于PMMA绝缘层的OFET管驱动有极大地提高，本发明的OFET管的测试结果为：当漏电压为-50V时其最大饱和电流为-2.36×10- 5A。
如图3所示，用吉时利4200scs半导体参数测试仪测试OFET管驱动的N型性能，基于PMMA绝缘层的OFET管驱动的N型性能(电子传输性能)较差，当漏电压为50V时其最大饱和电流为6.55×10-7A；本发明的OFET管驱动N型性能比基于PMMA绝缘层的OFET管驱动有极大地提高，本发明的OFET管的测试结果为：当漏电压为50V时其最大饱和电流为-2.92×10-6A。
由上可知：本发明的OFET管在ITO基片上旋涂PVP溶液获得光滑的聚合物绝缘层膜，在PVP上结晶Pentance层和F16CuPc层获得高度有序的结晶膜，从而最大效率地提高分子间π-π作用，获得有序的晶体状有机半导体薄膜，减少绝缘层陷阱对载流子的捕获，改善层与层之间的载流子传输效能，与基于PMMA绝缘层的OFET管驱动相比，本发明器件的P型和N型的饱和电流均提高了4倍以上，大幅度提高了OFET管的驱动性能。
本发明是利用电场来控制固体材料导电性能的顶接触式(TC)有源OFET器件。该器件的绝缘层部分采用旋涂PVP制得，实现一种同时满足在空气中稳定且性能优良的OFET管驱动，本方法发明在微电子及应用电子领域有广泛的应用价值。

Claims (4)

1.一种基于普适绝缘层的OFET管驱动，包括栅极(1)、绝缘层(2)、有源层(3)、源极(4)和漏极(5)，其特征是：绝缘层(2)为一种普适材料PVP，在栅极(1)表面上覆盖PVP层(2)，在PVP层(2)上覆盖有源层(3)。有源层(3)为P型有源层Pentance(31)和N型有源层F16CuPc(32)，在绝缘层(2)表面上覆盖Pentance和F16CuPc，形成为有序晶体状有机薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于普适绝缘层的OFET管驱动，其特征是：所述的绝缘层材料为PVP，P型有源层材料为Pentance，N型有源层材料为F16CuPc。
3.一种制备权利要求1所述OFET管驱动的方法，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PVP作为绝缘层；将PVP溶于乙醇中，配置浓度为2～4wt％的PVP溶液，将溶有PVP的乙醇溶液旋涂在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Pentance和F16CuPc：以Pentance为P型有源层，以F16CuPc为N型有源层，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ITO基片温度为室温的条件下，以小于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀P型有机半导体Pentance，以不大于0.2nm/秒的沉积速率蒸镀N型有机半导体F16CuPc；
步骤4、源漏电极的制备：用Cu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Cu作为电极，制得OFET管。
4.根据权利要求3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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