CN110752296A - 溶液法制备ofet中顶接触源漏电极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶液法制备OFET中顶接触源漏电极的方法。所述方法包括如下步骤:在OFET的半导体层表面制备亲疏水图案;然后利用银镜反应即在所述亲疏水图案上构筑源漏电极;构筑所述源漏电极的步骤如下:将葡萄糖溶液与银氨溶液的混合液滴加至所述亲疏水图案上,在所述亲疏水图案的亲水区得到银,即为所述源漏电极。本发明方法制备的银电极(源漏电极)可用于制备有机电子器件,如所述有机电子器件为OFET、反相器或振荡器等。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶液法制备OFET中顶接触源漏电极的方法,属于有机场效应晶体管技术领域。
背景技术
有机场效应晶体管(OFET)由于可溶液法制备,正在引起越来越多的关注。其中源漏电极的溶液法制备至今只能停留在底接触构型上,因为溶液法制备的电极通常都是通过打印墨水的方法实现,这种方法需要很高或很长的热退火处理,如果直接打印在半导体表面,会对其性质产生很恶劣的影响。底接触构型中,源漏极和半导体层只有很狭小的接触面积,不利于电荷的注入,进而会减弱器件性能,而顶接触构型则有很大的接触面积。因此,发展全溶液法制备的顶接触源漏电极在OFET领域显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种溶液法制备OFET中顶接触的源漏电极的方法,是利用含有金属离子的溶液在基底的亲水区域优先发生化学反应生成金属薄膜,采用半导体时即在所述半导体层上直接沉积顶接触的源漏电极。
本发明中“顶接触”指的是源漏电极在半导体层上方。
本发明中“含有金属离子的溶液”指的是银氨溶液。
本发明中涉及的“化学反应”如下:
C6H12O6+2Ag(NH3)2OH=C5H11O5COONH4+3NH3+2Ag↓+H2O
具体地,本发明提供的溶液法制备OFET中顶接触的源漏电极的方法,包括如下步骤:
在OFET的半导体层表面制备亲疏水图案;然后利用银镜反应即在所述亲疏水图案上构筑源漏电极。
上述的方法中,构筑所述源漏电极的步骤如下:
将葡萄糖溶液与银氨溶液的混合液滴加至所述亲疏水图案上,在所述亲疏水图案的亲水区得到银,即为所述源漏电极。
上述的方法中,所述葡萄糖溶液与所述银氨溶液的体积比可为0.5~2,如1;
其中,所述葡萄糖溶液的浓度可为5~15mg/mL,如10mg/mL;
所述银氨溶液由氨水和硝酸银溶液反应得到,具体是:将所述氨水滴到所述硝酸银溶液中,待溶液由浑浊变澄清后,即得到所述银氨溶液;
所述硝酸银溶液的浓度可为10~30mg/mL,如20mg/mL,所述氨水的质量浓度可为1~3%,如2%。
本发明提供了两种亲疏水图案的制备方法,具体如下:
一种方法是:在所述半导体层表面固定具有电极图案的金属掩膜板;在所述半导体层表面沉积铝,去掉所述金属掩膜板,则沉积所述铝的电极区域为亲水区,裸露的所述半导体层区域为疏水区,即得到亲疏水图案;
具体可采用真空蒸镀的方式沉积所述铝,可在常规条件下进行;
所述铝的厚度为0.5~5nm。
另一种方法是:在所述半导体层表面制备PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)膜;在所述PMMA膜上打印能够暴露PMMA的CYTOP层,则被所述CYTOP层覆盖的区域为疏水区,裸露所述PMMA的区域为亲水区,即得到亲疏水图案;
所述CYTOP层中的CYTOP可由体积比为1:2的全氟聚合物CTL-809M与CT-SOLV180配制得到。
本发明涉及的半导体层可为真空沉积的有机小分子薄膜(如并五苯、2,6-二本乙烯基蒽(DPVAnt)、2,6-二苯蒽(DPA)、全氟酞菁铜(F16CuPc))、滴注法生长的二维小分子薄膜(如1,4-二-5’-己基-2,2’-二噻吩-5-乙炔基苯(HTEB)、正辛基取代的苯并噻吩并噻吩并苯(C8-BTBT))、旋涂法沉积的聚合物半导体薄膜(如IDT-BT)。
本发明方法制备的银电极(源漏电极)可用于制备有机电子器件,如所述有机电子器件为OFET、反相器或振荡器等。
本发明具有以下优点:
1)方法简单易行,无需复杂昂贵的设备,结果重复性好,具有非常好的普适性;
2)所需材料简单、易得、廉价;
3)银电极的获得不需要热退火处理或只需很低温度的热处理,保证了半导体层性能的完好;
4)得到的银电极图形规整,尺寸的可控性强;
5)利用此方法构筑的OFET器件,和基于传统蒸镀的电极器件相比,性能相当,稳定性良好。
6)其中打印全氟聚合物的制备亲疏水团的方法为全溶液有机电子器件的实现奠定了基础。
附图说明
图1为本发明在OFET中半导体层表面通过溶液法制备源漏电极的示意图。
图2(a)和图2(b)分别为本发明通过在并五苯表面真空沉积铝获得的亲疏水图案和利用溶液法制备的电极的显微镜照片。
图3(a)和图3(b)分别为利用溶液法制备的并五苯器件的转移特性曲线和输出特性曲线。
图3(c)和图3(d)分别为用传统蒸镀金做源漏电极的并五苯器件的转移特性曲线和输出特性曲线。
图4(a)和图4(b)均为利用途径一(固定金属掩模板)在聚合物半导体IDT-BT表面和小分子HTEB薄膜表面制备的源漏电极的显微镜照片(半导体层分别为IDT-BT和HTEB)。
图5(a)和图5(b)分别为利用途径二(打印全氟聚合物)通过在聚合物IDT-BT表面先旋涂PMMA再打印CYTOP获得的亲疏水图案和利用溶液法制备的银电极的显微镜照片。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1、利用金属掩膜板和真空沉积系统制备亲疏水图案
按照图1所示的示意图,把带有条形电极图案的金属掩膜板固定在半导体层表面,通过金属沉积系统,在真空度约为1×10-4Pa时,以的速度蒸镀0.5~5nm铝。把金属掩膜板去掉以后,沉积有铝的条形电极区域即为亲水区,被掩膜板挡着的区域即为疏水区。
按照上述方法在并五苯(真空沉积系统,在真空度约为1×10-4Pa时,以的速度沉积30~50nm并五苯)表面制备亲疏水图案:把带有条形电极图案的金属掩膜板固定在并五苯薄膜表面,利用金属沉积系统,在真空度约为1×10-4Pa时,以 的速度沉积0.5~5nm铝,即在小分子并五苯薄膜表面得到亲疏水图案,如图2(a)所示,图中条形区域沉积有铝,为亲水区,其他区域为裸露的并五苯,是疏水区。
实施例2、利用打印的方法制备亲疏水图案
在尺寸约1cm×1cm的聚合物半导体IDT-BT薄膜表面,先旋涂一层PMMA(Mw=120~350kDa,浓度1~5mg/mL,溶剂为乙酸正丁酯),厚度1~10nm。再用打印机(型号:SonoPlotMicroplotterⅡ)在PMMA表面中心区域打印约0.3cm×0.3cm范围的1:2CYTOP(全氟聚合物CTL-809M与CT-SOLV18的体积比为1:2)薄膜,其中中间有条形空白区域,如图5a所示,为后续利用银镜反应制备电极提供空间。
实施例3、利用传统银镜反应制备OFET的顶接触源漏电极
溶液法生长银电极的过程为:先将氨水(质量浓度2%)滴到硝酸银溶液(质量浓度为20mg/mL)中,待溶液由浑浊变澄清后,即制得银氨溶液。然后,将葡萄糖溶液(10mg/mL)和银氨溶液混合(体积比1),将混合液滴到浸润性有差异的区域,待3~5分钟后,亲水区会长出明亮的银,用去离子水冲掉反应液,再用氮气吹干,最后80℃退火10分钟。
图2(b)、图4(a)和图4(b)所示为基于实施例1制备的银电极的显微镜照片,所用半导体层分别为并五苯、IDT-BT和HTEB,其中因二维小分子薄膜HTEB耐热性差,所以不退火,可以看出,银原子在不同的半导体表面都实现了很好的选择性沉积,在亲水区沉积形成连续、均匀、致密的银膜,足以构筑OFET器件。
图5(b)为基于实施例2制备的银电极的显微镜照片,所用半导体层IDT-BT,可以看出,通过实施例2同样实现了银原子在亲疏水区的选择性沉积,为构筑OFET器件提供了充分条件。
图3(a)和图3(b)为利用溶液法制备银电极的并五苯器件的转移特性曲线和输出特性曲线,图3(c)和图3(d)为利用传统真空沉积系统制备金电极的器件的转移和输出曲线,可以看出,基于溶液法制备电极的并五苯器件展示出经典的OFET性能,说明此溶液法确实可以用来构筑OFET中的电极,且和传统蒸镀法构筑的器件性能相当。
由上述各实施例可以看出,本发明方法是一种普适性好、操作简便、成本低的顶接触源漏电极的制备方法。
Claims (10)
1.一种溶液法制备OFET中顶接触的源漏电极的方法,包括如下步骤:
在OFET的半导体层表面制备亲疏水图案;然后利用银镜反应即在所述亲疏水图案上构筑源漏电极。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:构筑所述源漏电极的步骤如下:
将葡萄糖溶液与银氨溶液的混合液滴加至所述亲疏水图案上,在所述亲疏水图案的亲水区得到银,即为所述源漏电极。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述葡萄糖溶液与所述银氨溶液的体积比为0.5~2。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于:所述葡萄糖溶液的浓度为5~15mg/mL;
所述银氨溶液由氨水和硝酸银溶液反应得到;
所述硝酸银溶液的浓度为10~30mg/mL,所述氨水的质量浓度为1~3%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述亲疏水图案按照下述方法制备得到:
在所述半导体层表面固定具有电极图案的金属掩膜板;在所述半导体层表面沉积铝,去掉所述金属掩膜板,则沉积所述铝的电极区域为亲水区,裸露的所述半导体层区域为疏水区。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:采用真空蒸镀的方式沉积所述铝;
所述铝的厚度为0.5~5nm。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于:所述亲疏水图案按照下述方法制备得到:
在所述半导体层表面制备PMMA膜;在所述PMMA膜上打印能够暴露PMMA的CYTOP层,则被所述CYTOP层覆盖的区域为疏水区,裸露所述PMMA的区域为亲水区。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法,其特征在于:所述半导体层采用的半导体材料为并五苯、IDT-BT、1,4-二-5’-己基-2,2’-二噻吩-5-乙炔基苯、2,6-二苯乙烯基蒽、2,6-二苯蒽、全氟酞菁铜或正辛基取代的苯并噻吩并噻吩并苯。
9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的源漏电极。
10.权利要求9所述源漏电极在制备有机电子器件中的应用;
所述有机电子器件为OFET、反相器或振荡器。
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