阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管及其制备方法技术

本发明专利技术公开阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管及其制备方法，属于有机电子器件领域。现阶段平面异质结结构的双极型有机场效应管对称性不理想，远达不到现代集成电路工艺要求。本发明专利技术提出阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管及其制备方法，其有源层为阶梯形结构，由衬底、栅电极、栅介质层、P型有源层、N型有源层、金属源、漏电极组成并依次叠加。该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管的P型有源层和N型有源层沟道长度不一样，上层(接近源、漏电极)有源层的沟道长度比下层(接近栅电极)有源层小，有源层之间形成阶梯型结构，实现源、漏电极与N型和P型有源层的有效接触，从而提高平面异质结结构的双极型场效应管器件I-V特性的对称性，可能对现代集成电路工艺产生重要影响。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管及其制备 方法
本专利技术属于有机电子器件领域，特别涉及一种对称双极型场效应管及其制备方 法。 【
技术介绍
】 有机场效应管（OFET)具有一系列优点：可制成大面积器件、材料众多易于调节性 能、制备工艺简单、成本低、良好的柔韧性等。近年来，高性能、多功能OFET的出现，使OFET 的研究取得了突破性进展。OFET的研究是为实现全有机电路打下基础，故双极型有机场效 应管（AOFET)的研究就显得更加紧急迫切。AOFET即单一器件中同时存在电子和空穴沟 道，AOFET主要分为单层双极型材料、平面异质结（PHJ)和体异质结（BHJ)三种结构。综合 考虑双极性实现难易程度和工艺制备难易程度，PHJ结构在制备双极型OFET时更具优势。 虽然目前平面异质结结构的双极型有机场效应管（PAOFET)具有N型和P型场效应管的特 性，但是I-V特性的对称性不理想。现代集成电路工艺要求对称性良好的CMOS结构，而目 前的PAOFET远达不到集成电路应用的要求。金属源、漏电极与有源层之间的接触问题是影 响PAOFET性能提高的重要原因之一。因而，选择合适的结构让源、漏电极与有源层形成良 好接触从而平衡空穴和电子的注入显得十分重要。目前报道的PAOFET大多是多层有源层 宽度一样，虽然这种结构往往不能同时保证源、漏电极与双层有源层都有接触，形成的双极 型I-V特性对称性不佳。本专利技术采取新型的阶梯型平面异质结的结构实现源、漏电极与有 源层的充分有效接触，可以制造 I-V特性对称性良好的PA0FET，对有机OFET集成电路的发 展意义十分重大。 【
技术实现思路
】 本专利技术的目的是针对上述存在的问题，提供阶梯平面异质结结构的对称双极型有 机场效应管及其制备方法。该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管的P型有源 层和N型有源层沟道长度不一样，上层（接近源、漏电极）有源层的沟道长度比下层（接近 栅电极）有源层小，有源层之间形成阶梯型结构，以实现源、漏电极与N型和P型有源层的 有效接触，从而提高PAOFET器件的I-V特性的对称性。 本专利技术的技术方案： 阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管，其有源层为阶梯形结构，由衬 底、栅电极、栅介质层、P(N)型有源层、N(P)型有源层、金属源、漏电极组成并依次叠加；所 述衬底为氧化铟锡（ITO)玻璃和重掺杂娃；所述栅电极为Au和重掺杂娃；所述栅介质层为 聚乙烯醇（PVA)和SiO2 ;所述P型有源层为并五苯（Pentacene);所述N型有源层为C60 ; 所述金属源、漏电极为Cu。 阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管的制备方法，步骤如下： 1)将衬底分别用丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗后放入手套箱中干燥1小时， 以清洗干净衬底表面； 2)根据所用衬底制备不同栅电极，图1器件在真空镀膜机中用掩膜法制备栅电 极，控制Au的蒸发速率和真空镀膜机腔室的真空度，图2器件不需另外制备栅电极； 3)根据所用衬底制备不同栅介质层，图1器件将聚合物PVA用旋涂法涂覆在ITO 玻璃上，注意控制转速，图2器件将重掺杂硅片置于紫外/臭氧环境中生成SiO2栅介质层； 4)用掩膜法分别在上述两种衬底上依次蒸发一定厚度的P(N)型有源层和N(P)型 有源层，注意控制真空镀膜机腔室的真空度和有源层的蒸发速率； 5)用掩膜法分别在两种衬底上的有源层上蒸发一定厚度的金属源、漏电极，注意 控制真空镀膜机腔室的真空度和金属电极的蒸发速率。 本专利技术的技术分析： 该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管采用阶梯结构，P型有源层和 N型有源层沟道长度不一样，上层（接近源、漏电极）有源层的沟道长度比下层（接近栅电 极）有源层小，增大了有源层和源、漏电极的有效接触，充分释放了载流子的注入效率，实 现源、漏电极与N型和P型有源层的有效接触，从而提高PAOFET器件的I-V特性的对称性。 本专利技术的优点和有益效果： 该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管能够获得良好的双极型电流 传输特性，呈现很好的电流对称性；图1器件采用3nm厚的Pentacene和30nm厚的C60使 得电子迁移率达到3. 50cm2/Vs，阈值电压为I. 17V，空穴迁移率为0. 25cm2/Vs，阈值电压 为-I. 81V，器件性能显著提高；图2器件采用3nm厚的Pentacene和30nm厚的C60使得电子 迁移率达到2. 76cm2/Vs，阈值电压为I. 86V，空穴迁移率为0. 19cm2/Vs，阈值电压为-2. 60V， 器件性能也显著提高；该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管可为制备低成 本、高性能的双极型有机场效应管提供一种简单有效、易于实施的方法，便于推广应用。 【【附图说明】】 附图为该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管结构示意图 图1中：① ITO玻璃；②Au栅电极；③PVA栅介质；④P型有源层并五苯层；⑤N 型有源层C60层；⑥Au源电极；⑦Au漏电极。 图2中：⑧重掺杂硅片；⑨SiO2 P型有源层并五苯层；?N型有源层C60层；? Au源电极；?Au漏电极。 【【具体实施方式】】 实施例一 阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管的制备方法，结合图1说明本实 施方式，步骤如下： 1)将ITO玻璃分别用丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗30分钟后放入手套箱中 干燥1小时，以清洗干净ITO玻璃表面； 2)在ITO玻璃上，使用长2mm宽为4mm的掩膜板，以2A/s的速率蒸发30nm厚的Au 作为栅电极，真空度为IXlO4Pa; 3)在上述栅电极衬底上利用旋涂甩膜方法旋涂一层PVA，转速为：低速410转/ 分、高速3000转/分，旋涂之后在120°C的手套箱中放置30分钟； 4)在栅介质层上，用长2mm宽为4mm的掩膜板，以〇. lA/s的速率蒸发厚度3nm的 P型有源层Pentacene，然后以〇. 5A/S的速率蒸发厚度为30nm的N型有源层C60,真空度为 I X 10 4Pa ； 5)在C60有源层上，用长80 μ m宽为2000 μ m的掩膜板，以2A/s的速率蒸镀60nm 厚的Au作为源、漏电极,真空度为IX 10 4Pa。 实施例二 阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管的制备方法，结合图2说明本实 施方式，步骤如下： 1)将重掺杂硅片分别用丙酮、乙醇、去离子水依次超声清洗30分钟后放入手套箱 中干燥1小时，以清洗干净娃片表面； 2)将上述硅片置于紫外/臭氧环境中120分钟，获得SiO2层； 3)在上述娃片上，用长2mm宽为4mm的掩膜板，以〇. lA/s的速率蒸发厚度3nm的 P型有源层Pentacene，然后以0. 5A/S的速率蒸发厚度为30nm的N型有源层C60,真空度为 I X 10 4Pa ； 4)在C60有源层上，用长80 μ m宽为2000 μ m的掩膜板，以2A/s的速率蒸镀60nm 厚的Au作为源、漏电极,真空度为IX 10 4Pa。 该阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管所用真空镀膜设备为 JZZF&DZS-500,器件的电学特性由Agilent B1500A半导体器件分析仪测量，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
阶梯平面异质结结构的对称双极型有机场效应管及其制备方法，由衬底、栅电极、栅介质层、P(N)型有源层、N(P)型有源层、金属源、漏电极组成并依次叠加，其特征在于：P型有源层和N型有源层沟道长度不同，上层(接近源、漏电极)有源层沟道长度比下层(接近栅电极)有源层小，有源层之间形成阶梯型结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐莹，郑亚开，韦一，彭应全，陈真，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33