CN109285948A - 一种具有横向高阶结构的有机晶体管 - Google Patents

一种具有横向高阶结构的有机晶体管 Download PDF

Info

Publication number
CN109285948A
CN109285948A CN201811422834.6A CN201811422834A CN109285948A CN 109285948 A CN109285948 A CN 109285948A CN 201811422834 A CN201811422834 A CN 201811422834A CN 109285948 A CN109285948 A CN 109285948A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
pbpc
film layer
thickness
order structures
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN201811422834.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王东兴
张志文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
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 Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201811422834.6A priority Critical patent/CN109285948A/zh
Publication of CN109285948A publication Critical patent/CN109285948A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having a potential-jump barrier or a surface barrier
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/491—Vertical transistors, e.g. vertical carbon nanotube field effect transistors [CNT-FETs]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

一种具有横向高阶结构的有机晶体管。目前，新概念“高阶结构自发图案化”(SPHOS)的制造技术一直用来研究垂直型器件。本发明采用聚苯乙烯(PS)球体掩蔽法制备一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其组成包括：Si/SiO2衬底（1），所述的衬底上面连接所述的源极Au/Cr薄膜层（2），所述的源极上面连接所述的绝缘层Al2O3薄膜层（3），所述的衬底上面连接所述的有源层PbPc薄膜层（4），所述的有源层PbPc薄膜层上面连接所述的漏级Au薄膜层（5），本发明用于液晶面板驱动，有机集成电路芯片以及其他电子电路等领域中。

Description

一种具有横向高阶结构的有机晶体管
技术领域
本发明涉及一种具有横向高阶结构的有机晶体管。
背景技术
有机晶体管可用作柔性显示器中的驱动元件，诸如静态感应晶体管( SITs )的有机垂直型晶体管，适合高速切换，因为它们的通道长度短，通道宽度宽，然而，对于有机垂直型器件很难在横向上制造微结构，因为传统的微制造工艺，例如光刻、等离子体蚀刻和离子注入，不能用于有机材料，由于这样的限制，沟道宽度或密度不能进一步增加。
近些年来，一直在使用基于新概念“高阶结构自发图案化”的制造技术来研究垂直型器件，利用这些技术，我们可以利用非光刻工艺在大规模有机器件中制造横向高阶结构，制备高阶结构有两个技术: ( 1)选择性机械剥离和( 2 )聚苯乙烯( PS )球体掩蔽，而技术( 2 )通过在蒸发后去除颗粒形成多孔膜，使得沟道宽度或密度得到有效地增加，以使大电流能够流过整个器件区域。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有横向高阶结构的有机晶体管。
上述的目的通过以下的技术法案实现：
一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其组成包括：Si/SiO2衬底，所述的衬底上面连接所述的源极Au/Cr薄膜层，所述的源极上面连接所述的绝缘层Al2O3薄膜层，所述的衬底上面连接所述的有源层PbPc薄膜层，所述的有源层PbPc薄膜层上面连接所述的漏级Au薄膜层。
所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其特征是：所述SiO2的厚度为200nm，所述的源极Au/Cr薄膜层的厚度为30nm，所述的有源层PbPc薄膜层厚度为420 nm，所述的绝缘层Al2O3的厚度为60nm，所述的漏极Au薄膜层的厚度为75nm。
一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：本制作方法采用聚苯乙烯( PS )球体掩蔽法，将聚苯乙烯( PS )球铺展在衬底上，颗粒铺展后，在样品上依次沉积Cr、Au和Al2O3 ，沉积Cr/ Au / Al2O3 后，选择性地去除颗粒，蒸发沉积PbPc，最后，沉积Au电极。
所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：衬底为Si/SiO2，SiO2的厚度为200nm，通过在丙酮中超声搅拌清洁衬底，并在150℃下暴露于UV / O330分钟，使用浸渍法将PS球铺展在衬底上，将衬底浸入用超纯水分散的PS球体溶液中3小时，过量的PS颗粒在超纯水中冲洗掉，样品在氮气流中干燥，颗粒铺展后，通过RF溅射在样品上依次沉积Cr、Au和Al2O3，沉积Al2O3 / Au / Cr后，通过在甲醇中超声30分钟选择性地去除颗粒，然后在10- 5pa的真空下通过蒸发沉积PbPc，最后，金电极被沉积以完成垂直型晶体管，PbPc和最上层Au的厚度分别为420 nm和70 nm，样品的有效面积为0.04 cm2。
所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：在该晶体管结构中，PbPc层的厚度对应于沟道长度( 420 nm )，并且所有孔的总圆周对应于沟道宽度(大约22nm )，在漏极加以正向偏压VDS时，漏极-源极电流由栅极偏置调制，当VGS > 0时，电流调制的原因主要是耗尽区的扩展，当VGS < 0时，电流调制的原因主要是PbPc/SiO2界面处的载流子积累，通过具体数据发现正栅极偏置的电流调制大于通过负偏置的电流调制，因此，源极-漏极电流主要由施加到Si衬底上的正栅极偏压引起的孔中的扩展耗尽区来调制。
有益效果：
1.本发明是以PS球掩模法形成了横向高阶结构，以PbPc为有源层的垂直结构场效应晶体管，具有高电流密度的特点。
2.本发明与传统的垂直结构场效应晶体管相比，具有横向高阶结构的有机垂直型场效应晶体管拥有沟道宽度大，沟道密度高，可以使大电流能够流过整个器件区域等优良特性，使得它们在有机发光显示器，液晶面板的驱动单元，有机集成电路芯片中有广泛的应用。
3.本发明采用的PbPc 是一种P型半导体材料，具有很好的化学和热稳定个性，升华温度约为300~350℃之间，同样具有很好的光电特性，在可见光内存在吸收峰；同时具有很好的气敏特性和电致发光特性，使得它们在有机发光显示器当中表现优异。
4.本发明的产品，是一种具有横向高阶结构的有机垂直型场效应晶体管，所有晶体管并联，具有高电流密度大等优点。
5.本发明的产品制造横向高阶结构，选择采用聚苯乙烯( PS )球体掩蔽法，相对于选择性机械剥离技术，聚苯乙烯( PS )球体掩蔽法中的PS球被完全去除而不会对Al2O3 /Au / Cr层造成机械损伤。
6.本发明底部电极上的绝缘体能阻挡从源极电极的顶面流向漏极电极的泄漏电流，使得可以最小化关断状态电流。
附图说明：
附图1是具有每层厚度的器件结构。
附图2晶体管测量的电路图。
附图3是去除颗粒后Al2O3 表面的AFM图像。
附图4是晶体管的输出特性。
本发明具体实施方式：
实施例1
一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其组成包括是其组成包括：Si/SiO2衬底（1），所述的衬底上面连接所述的源极Au/Cr薄膜层（2），所述的源极上面连接所述的绝缘层Al2O3薄膜层（3），所述的衬底上面连接所述的有源层PbPc薄膜层（4），所述的有源层PbPc薄膜层上面连接所述的漏级Au薄膜层（5）。
所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其特征是：所述的SiO2的厚度为200nm，所述的源极Au/Cr薄膜层的厚度为30nm，所述的绝缘层Al2O3的厚度为60nm，所述的有源层PbPc薄膜层厚度为420 nm，所述的漏极Au薄膜层的厚度为75nm，附图1是具有每层厚度的器件结构。
实施例2
一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，本制作方法采用聚苯乙烯( PS )球体掩蔽法，将聚苯乙烯( PS )球铺展在衬底上，颗粒铺展后，在样品上依次沉积Cr、Au和Al2O3 ，沉积Cr/ Au / Al2O3 后，选择性地去除颗粒，蒸发沉积PbPc，最后，沉积金电极。
所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：衬底为Si/SiO2，二氧化硅的厚度为200nm，通过在丙酮中超声搅拌清洁衬底，并在150℃下暴露于UV /O3 30分钟，使用浸渍法将PS球铺展在衬底上，将衬底浸入用超纯水分散的PS球体溶液中3小时，过量的PS颗粒在超纯水中冲洗掉，样品在氮气流中干燥，颗粒铺展后，通过RF溅射在样品上依次沉积Cr、Au和Al2O3，沉积Al2O3 / Au / Cr后，通过在甲醇中超声30分钟选择性地去除颗粒，然后在10- 5pa的真空下通过蒸发沉积PbPc，最后，金电极被沉积以完成垂直型晶体管，PbPc和金层的厚度分别为420 nm和70 nm，样品的有效面积为0.04 cm2。
所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：在该晶体管结构中，PbPc层的厚度对应于沟道长度( 420 nm )，并且所有孔的总圆周对应于沟道宽度(大约22nm )，在漏极加以正向偏压VDS时，漏极-源极电流由栅极偏置调制，当VGS > 0时，电流调制的原因主要是耗尽区的扩展，当VGS < 0时，电流调制的原因主要是PbPc/SiO2界面处的载流子积累，通过具体数据发现正栅极偏置的电流调制大于通过负偏置的电流调制，因此，源极-漏极电流主要由施加到Si衬底上的正栅极偏压引起的孔中的扩展耗尽区来调制。
实施例3
实施例1或2所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管，Si/SiO2衬底、Au/Cr薄膜层作为源极、Si衬底作为栅极、Al2O3薄膜层作为绝缘层、Au薄膜层作为漏极，PbPc/Au作为高阶结构，形成垂直叠层结构。
源极和漏极通过有机半导体垂直排列，所有晶体管并联，有效增加电流密度。
附图2是一种具有横向高阶结构的有机晶体管的特性测试电路图。
实施例4
上述实施例所述的具有横向高阶结构的有机垂直型场效应晶体管，附图4是晶体管的输出特性，当VGS > 0时，电流调制的原因主要是耗尽区的扩展，当VGS < 0时，电流调制的原因主要是PbPc/SiO2界面处的载流子积累，通过具体数据发现正栅极偏置的电流调制大于通过负偏置的电流调制，因此，源极-漏极电流主要由施加到Si衬底上的正栅极偏压引起的孔中的扩展耗尽区来调制。

Claims (5)

1.一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其组成包括：Si/SiO2衬底，所述的衬底上面连接所述的源极Au/Cr薄膜层，所述的源极上面连接所述的绝缘层Al2O3薄膜层，所述的衬底上面连接所述的有源层PbPc薄膜层，所述的有源层PbPc薄膜层上面连接所述的漏级Au薄膜层。
2.根据权利要求1所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管，其特征是：所述的SiO2的厚度为200nm，所述的源极Au/Cr薄膜层的厚度为30nm，所述的有源层PbPc薄膜层厚度为420 nm，所述的绝缘层Al2O3的厚度为60nm，所述的漏极Au薄膜层的厚度为75nm。
3.一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：本制作方法采用聚苯乙烯( PS )球体掩蔽法，将聚苯乙烯( PS )球铺展在衬底上，颗粒铺展后，在样品上依次沉积Cr、Au和Al2O3 ，沉积Cr/ Au / Al2O3 后，选择性地去除颗粒，蒸发沉积PbPc，最后，沉积Au电极。
4.根据权利要求3所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：衬底为Si/SiO2，SiO2的厚度为200nm，通过在丙酮中超声搅拌清洁衬底，并在150℃下暴露于UV / O3 30分钟，使用浸渍法将PS球铺展在衬底上，将衬底浸入用超纯水分散的PS球体溶液中3小时，过量的PS颗粒在超纯水中冲洗掉，样品在氮气流中干燥，颗粒铺展后，通过RF溅射在样品上依次沉积Cr、Au和Al2O3，沉积Al2O3 / Au / Cr后，通过在甲醇中超声30分钟选择性地去除颗粒，然后在10- 5pa的真空下通过蒸发沉积PbPc，最后，金电极被沉积以完成垂直型晶体管，PbPc和最上层Au的厚度分别为420 nm和70 nm，样品的有效面积为0.04 cm2。
5.根据权利要求3或4所述的一种具有横向高阶结构的有机晶体管的制作方法，其特征是：在该晶体管结构中，PbPc层的厚度对应于沟道长度( 420 nm )，并且所有孔的总圆周对应于沟道宽度(大约22nm )，在漏极加以正向偏压VDS时，漏极-源极电流由栅极偏置调制，当VGS > 0时，电流调制的原因主要是耗尽区的扩展，当VGS < 0时，电流调制的原因主要是PbPc/SiO2界面处的载流子积累，通过具体数据发现正栅极偏置的电流调制大于通过负偏置的电流调制，因此，源极-漏极电流主要由施加到Si衬底上的正栅极偏压引起的孔中的扩展耗尽区来调制。
CN201811422834.6A 2018-11-27 2018-11-27 一种具有横向高阶结构的有机晶体管 Pending CN109285948A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811422834.6A CN109285948A (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种具有横向高阶结构的有机晶体管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811422834.6A CN109285948A (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种具有横向高阶结构的有机晶体管

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109285948A true CN109285948A (zh) 2019-01-29

Family

ID=65172847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811422834.6A Pending CN109285948A (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种具有横向高阶结构的有机晶体管

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109285948A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397721A (en) * 1993-01-29 1995-03-14 Goldstar Electron Co., Ltd. Method for fabricating vertical thin film transistor
US6228538B1 (en) * 1998-08-28 2001-05-08 Micron Technology, Inc. Mask forming methods and field emission display emitter mask forming methods
US20060231872A1 (en) * 2003-05-20 2006-10-19 Kim Hyun T Field effect transistor using insulator-semiconductor transition material layer as channel material and method of manufacturing the same
CN103178060A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 上海中科联和显示技术有限公司 场效应晶体管互补反相器及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5397721A (en) * 1993-01-29 1995-03-14 Goldstar Electron Co., Ltd. Method for fabricating vertical thin film transistor
US6228538B1 (en) * 1998-08-28 2001-05-08 Micron Technology, Inc. Mask forming methods and field emission display emitter mask forming methods
US20060231872A1 (en) * 2003-05-20 2006-10-19 Kim Hyun T Field effect transistor using insulator-semiconductor transition material layer as channel material and method of manufacturing the same
CN103178060A (zh) * 2011-12-23 2013-06-26 上海中科联和显示技术有限公司 场效应晶体管互补反相器及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106206710B (zh) 一种二维材料异质结场效应晶体管、其制备方法和晶体管阵列器件
CN103117226B (zh) 一种合金氧化物薄膜晶体管的制备方法
CN110265548A (zh) 一种铟掺杂n型有机薄膜晶体管及其制备方法
CN107464847A (zh) 基于碱金属溶液掺杂的二硫化钼晶体管及制备方法
Janneck et al. Integration of highly crystalline C8-BTBT thin-films into simple logic gates and circuits
CN103137492B (zh) 制造氧化物薄膜晶体管的方法和显示装置
JP2008186885A (ja) 薄膜半導体装置の製造方法および薄膜半導体装置
CN102646592B (zh) 薄膜场效应晶体管器件及其制备方法
CN105655410B (zh) 非遮光型薄膜晶体管、阵列基板及显示装置
CN102915929B (zh) 一种石墨烯场效应器件制备方法
CN111063731B (zh) Cnt-igzo薄膜异质结双极晶体管及其制备方法和应用
CN102779942A (zh) 一种有机薄膜晶体管阵列基板及其制作方法
CN110233156A (zh) 薄膜晶体管基板的制作方法及薄膜晶体管基板
CN104409635B (zh) 一种有机薄膜晶体管及其制作方法、阵列基板、显示装置
CN101526683A (zh) Lcd基板的制造方法
CN109285948A (zh) 一种具有横向高阶结构的有机晶体管
CN109037349A (zh) 薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板
CN108183165A (zh) 有机晶体管、阵列基板、显示装置及相关制备方法
CN105140261A (zh) 有机薄膜晶体管及其制备方法、阵列基板及显示装置
CN106159091B (zh) 有机单晶薄膜晶体管及其制备方法
CN104993051B (zh) 一种金属膜片阵列/有机半导体复合导电沟道薄膜晶体管的制备方法
CN108538926A (zh) 柔性衬底上的InGaAs基MOS电容器及制作方法
CN100466323C (zh) 一种非平面沟道有机场效应晶体管
Kavak et al. Stability of hydrogenated amorphous silicon thin film transistors on polyimide substrates
Ofuji et al. Integrated circuits based on amorphous indium-gallium-zinc-oxide-channel thin-film transistors

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190129

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication