有机单晶薄膜晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机单晶薄膜晶体管，包括在基底上逐层形成的栅电极、绝缘层；间隔形成于绝缘层表面的源电极、漏电极；形成于绝缘层表面的修饰层及形成于修饰层表面且在源电极、漏电极之间的有源层，其中，有源层的材质为晶体取向一致的有机单晶薄膜。本发明专利技术还公开了其制备方法，包括步骤：A、在基底上逐层制备栅极、绝缘层，及间隔设置于绝缘层表面的源电极、漏电极；B、在绝缘层表面制备修饰层；C、利用溶液法在修饰层表面，形成一有机单晶薄膜作为有源层；其中，有源层为由取向一致的有机单晶组成的有机单晶薄膜。根据本发明专利技术的有机单晶薄膜晶体管不仅有利于载流子的传输、提高晶体管性能，还能够实现大面积的快速制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机电子器件
，具体地讲，涉及一种有机单晶薄膜晶体管及其制备方法。
技术介绍
有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistors，OTFTs)是大面积显示、柔性电子、传感器等的核心组件，也是有机半导体的重要研究内容之一。它具有的一系列特性如材料来源广、工作电压低、适合低温生产且产品轻、薄、价廉、可与柔性衬底兼容以及材料可溶液化加工以实现电子器件的卷对卷大面积、低成本制造而倍受产业界关注，具有巨大的应用前景。有机晶体管主要包括有源层、绝缘层和电极，其中有机薄膜晶体管制备的关键是有机半导体层的形成，器件的性能主要取决于有机半导体薄膜的结构和形貌。其中取向度好的分子结构能使有机共轭分子的π键在源、漏电极方向上取得最大程度的重叠，从而提高载流子的传输。因此，制备取向性好的有机薄膜对晶体管器件性能的改善有着关键性的作用。当前，真空镀膜是制备有机薄膜最为广泛的方法之一。然而，真空蒸镀技术仪器设备复杂，成本较高，所得的薄膜的平均粗糙度较大，薄膜多数为多晶或无定形的，这使得其器件性能较差。为了克服真空镀膜的不足，溶液法应运而生，为了实现低成本、制备方便和生产大面积的有机电子器件，溶液处理成膜技术被认为是制备OFET最具有发展潜力的技术。有机单晶薄膜具有形貌规整、取向度好的优点，对提高晶体管性能有很大的帮助。因而，用溶液法生长出大面积的、取向度好的有机单晶薄膜对有机晶体管的发展至关重要。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种有机单晶薄膜晶体管及其制备方法，该有机单晶薄膜晶体管的有源层由形貌规整、取向度好的有机单晶薄膜构成，有利于载流子的传输，有助于提高晶体管性能。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种有机单晶薄膜晶体管，包括基底；以及自上而下依次叠层于所述基底上的栅电极、绝缘层；间隔形成于所述绝缘层表面的源电极、漏电极；还包括：修饰层，形成于所述绝缘层表面；有源层，形成于所述修饰层表面，且位于所述源电极、漏电极之间；所述有源层的材质为晶体取向一致的有机单晶薄膜。进一步地，所述有机单晶薄膜的原料为共轭稠环芳香化合物。进一步地，所述共轭稠环芳香化合物选自2，8-辛基二氧杂蒽嵌蒽、5，11-辛基二氧杂蒽嵌蒽、1，7-二辛基二氧杂蒽嵌蒽、1，7-二(4-己基苯基)二氧杂蒽嵌蒽中的任意一种。进一步地，所述绝缘层的材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氮化硅、有机绝缘材料中的任意一种。进一步地，用于制备所述修饰层的原料为硅烷。进一步地，所述硅烷选自苯基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、含氟烷基三氯硅烷中的任意一种。本专利技术的另一目的还在于提供一种如上所述的有机单晶薄膜晶体管的制备方法，包括步骤：A、在基底上逐层制备栅极、绝缘层，及间隔设置于所述绝缘层表面的源电极、漏电极；B、在所述绝缘层表面制备修饰层；C、利用溶液法在所述修饰层表面，形成一有机单晶薄膜作为有源层。进一步地，所述有源层采用提拉成膜法进行制备，制备方法具体为：将所述有机单晶薄膜的原料溶于有机溶剂中，形成浓度为1mg/mL～6mg/mL的提拉成膜溶液；其中，所述有机溶剂选自三氯甲烷、甲苯、四氢呋喃中的任意一种；令所述步骤B的所述修饰层的表面垂直于所述提拉成膜溶液的液面浸没入所述提拉成膜溶液中，然后沿着固定的方向以25μm/s～500μm/s的提拉速度缓慢提出；在80℃以下真空退火10min～60min，得到厚度为20nm～60nm的有机单晶薄膜。进一步地，所述有源层采用浇注成膜法进行制备，制备方法具体为：将所述有机单晶薄膜的原料溶于有机溶剂中，形成浓度为0.5mg/mL～1mg/mL的浇注成膜溶液；其中，所述有机溶剂选自三氯甲烷、甲苯、邻二氯苯中的任意一种；所述浇注成膜溶液过滤后，滴涂于所述修饰层上；溶剂退火10min～30min，在所述修饰层表面得到厚度为20nm～60nm的有机单晶薄膜；其中，所述溶剂
退火采用的溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中的任意一种。进一步地，所述有机单晶薄膜的原料为共轭稠环芳香化合物。进一步地，所述共轭稠环芳香化合物选自2，8-辛基二氧杂蒽嵌蒽、5，11-辛基二氧杂蒽嵌蒽、1，7-二辛基二氧杂蒽嵌蒽、1，7-二(4-己基苯基)二氧杂蒽嵌蒽中的任意一种。进一步地，所述修饰层的原料为硅烷。进一步地，所述硅烷选自苯基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、含氟烷基三氯硅烷中的任意一种。本专利技术通过在绝缘层表面涂覆硅烷作为修饰层，利用硅烷与制备有源层的可溶于有机溶剂的共轭稠环芳香化合物之间能产生作用力，促使共轭稠环芳香化合物在提拉成膜法或浇注成膜法的操作过程中形成特定取向的有机单晶，从而最终制备得到了取向一致的有机单晶薄膜作为有源层。以形貌规整、取向度好的有机单晶薄膜为有源层制备得到有机薄膜晶体管，其有利于载流子的传输，有助于提高晶体管性能。该制备方法不仅具有可溶液化制备、柔性和高迁移率特征，同时能够实现大面积的快速制备，因而在可溶液化加工、大面积、低成本的有机薄膜晶体管的制备中具有重要的实用价值。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的实施例1的有机单晶薄膜晶体管的结构示意图；图2是根据本专利技术的实施例1的有机单晶薄膜晶体管的制备方法的步骤流程图；图3是根据本专利技术的实施例1的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图；图4是根据本专利技术的实施例2的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图；图5是根据本专利技术的实施例2的有机单晶薄膜晶体管的转移曲线图；图6是根据本专利技术的实施例2的有机单晶薄膜晶体管的输出曲线图；图7是根据本专利技术的实施例3的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图；图8是根据本专利技术的实施例4的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图；图9是根据本专利技术的实施例6的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图；图10是根据本专利技术的实施例7的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图；图11是根据本专利技术的实施例8的有机单晶薄膜晶体管的光学显微镜图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。实施例1本实施例的有机单晶薄膜晶体管的结构如图1所示，在该有机单晶薄膜晶体管中，包括：形成于一基底110表面的栅极120；形成于栅极120表面的绝缘层130；间隔形成于所述绝缘层130表面的源电极141和漏电极142；围绕所述源电极141、漏电极142并形成于所述绝缘层130表面的修饰层150；以及，设置于所述修饰层150表面、且位于源电极141和漏电极142之间的有源层160，其中，该有源层160的材质为晶体取向一致的有机单晶薄膜。下面将参照附图详细说明该有机单晶薄膜晶体管的制备方法。图2是根据本专利技术的实施例1的有机单晶薄膜晶体管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机单晶薄膜晶体管，包括基底；以及自下而上依次层叠于所述基底上的栅电极、绝缘层；间隔形成于所述绝缘层表面的源电极、漏电极；其特征在于，还包括：修饰层，形成于所述绝缘层表面；有源层，形成于所述修饰层表面，且材质为晶体取向一致的有机单晶薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种有机单晶薄膜晶体管，包括基底；以及自下而上依次层叠于所述基底上的栅电极、绝缘层；间隔形成于所述绝缘层表面的源电极、漏电极；其特征在于，还包括：修饰层，形成于所述绝缘层表面；有源层，形成于所述修饰层表面，且材质为晶体取向一致的有机单晶薄膜。2.根据权利要求1所述的有机单晶薄膜晶体管，其特征在于，所述有机单晶薄膜的原料为共轭稠环芳香化合物。3.根据权利要求2所述的有机单晶薄膜晶体管，其特征在于，所述共轭稠环芳香化合物选自2，8-辛基二氧杂蒽嵌蒽、5，11-辛基二氧杂蒽嵌蒽、1，7-二辛基二氧杂蒽嵌蒽、1，7-二(4-己基苯基)二氧杂蒽嵌蒽中的任意一种。4.根据权利要求1所述的有机单晶薄膜晶体管，其特征在于，所述修饰层的原料为硅烷。5.根据权利要求4所述的有机单晶薄膜晶体管，其特征在于，所述硅烷选自苯基三氯硅烷、十八烷基三氯硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、六甲基二硅胺烷、含氟烷基三氯硅烷中的任意一种。6.一种如权利要求1-5任一所述的有机单晶薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：A、在基底上逐层制备栅极、绝缘层，及间隔设置于所述绝缘层表面的源电极、漏电极；B、在所述绝缘层表面制备修饰层；C、利用溶液法在所述修饰层表面，形成一有机单晶薄膜作为有源层。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有源层采用提拉成膜法进行制备，制备方法具体为：将所述有机单晶薄膜的原料溶于有机溶剂中，形成浓度为1mg/mL～6mg/mL的提拉成膜溶液；其中，所述有机溶剂选自三...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春山，谢美兰，崔铮，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32