一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法技术

技术编号:14825178 阅读:68 留言:0更新日期:2017-03-16 13:02
本发明专利技术公开了一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法,所述方法包括如下步骤:1)制备迭片电极;2)将有机薄膜和步骤1)中所述迭片电极结合,即可得到。通过压合得到具有柔性面对面结构、非柔性面对面结构或卷对卷结构的所述有机薄膜场效应晶体管,无需蒸镀电极,避免了热辐射对电极和有机半导体薄膜的损伤;再者,迭片电极是柔性的,有机半导体薄膜亦可是柔性的;此外,有机薄膜场效应晶体管及电路可实现全柔性的卷对卷结构,利于实现大面积制备,具有一定的商业前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机电子领域,具体涉及一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法
技术介绍
自从1947年第一个晶体管问世以来,目前以硅基电子为主的无机电子研究已经趋于成熟(AppliedPhysicsLetters2003,83,4773),直到2000年3位科学家(AlanG.MacDiarmid,AlanHeeger,HidekiShirakawa)因专利技术一种被称作“有机电子”的新型导电聚合物荣获诺贝尔化学奖,使有机电子学受到世界各国研究人们的重视。与无机电子相比,有机电子具有大面积、低成本和柔性等固有的优势(AppliedPhysicsLetters2003,82,1739),所以短短十几年,基于有机电子的新产品、新应用大量涌现。据国际知名有机电子咨询机构IDTechEx预测,在2025年有机电子的市场可超过250亿美元。可与硅基电子相媲美,成为一个庞大的商业领域。而其中75%的市场资金将投入到以下有机电子应用领域:逻辑电路、存储器、OLED显示、传感器等,这些应用的基础和核心之一便是有机场效应晶体管(organicfield-effecttransistors,OFET)和电路,所以对OFET的研究成为目前科研的热点。虽然近年来,有机电子已取得突飞猛进的发展,但大面积制备有机电子仍然是目前研究者们面临的难题。由于有机半导体是靠弱的范德瓦耳斯力相互作用,已成熟的无机电子技术不能直接应用在有机电子上。无机电子技术会使有机半导体造成不可恢复的损伤,如无机电子技术中常用电子束曝光的方法制备电极,高能电子束会使有机半导体失去场效应性能。因此要实现大面积制备有机场效应晶体管及电路,需要发展新的技术,这也是目前研究的重要课题。研究者们报道了几种制备大面积有机场效应晶体管及电路的方法:1、传统方法—真空蒸镀技术,利用真空蒸镀实现大面积制备有机器件和电路。这种方法是目前常用制备大面积器件的方法,如李德新等人利用这种方法在PET的柔性衬底上制备了300mm×300mm面积大小的并五苯器件(AppliedPhysicsLetters2011,99,183304)。但是利用这种方法制备大面积器件时,也存在一定的问题,如在半导体表面蒸镀电极,因此会对半导体造成热辐射损伤,严重的甚至会失去场效应性能;2、纳米压印技术,这种方法由StephenYChou教授在1995提出的(AppliedPhysicsLetters1995,67(21),3114),可以有效的避免热辐射对有机半导体的损伤。纳米压印技术需要在预先制备的印章上蒸镀有机半导体或金属薄膜,通过多层压印到衬底上实现大面积器件制备。这种方法虽然制备器件的精度比较高,但是制备过程中,需要将图案机械转移到衬底上,会对半导体造成机械损伤(AmericanVacuumSociety1996,14(6),4129),并且不适合大批量工业生产,因此纳米压印技术近几年的发展停滞不前;3、喷墨打印技术,是近年来兴起的制备大面积器件及电路的方法。这种方法是将电子墨水喷涂于衬底上,然后利用加热退火,最后沉积成大面积器件。2009年JoohoMoon课题组利用喷墨打印技术在塑料衬底上制备了TIPS-并五苯的柔性器件(ElectrochemicalandSolidStateLetters2009,12(6),H195)。这种技术需要半导体和电极可溶于溶液,但是目前可溶于溶液的有机半导体为数不多,并且这种方法也存在制备器件精度有限、打印速率较慢和不适用于批量生产等一系列问题。因此,需要提供一种新的制备大面积有机场效应晶体管及电路的方法,不仅可以实现器件和电路的大面积制备,而且可以避免热辐射和机械应力对有机半导体的损伤。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法。本专利技术所提供的基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管的制备方法,包括如下步骤:1)制备迭片电极;2)将有机薄膜和步骤1)中所述迭片电极结合,即可得到所述基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管。上述制备方法中,步骤1)中,所述迭片电极是按照专利(申请号201410341757.7;公开号为CN104112819A)中的方法制备得到,具体制备步骤如下:(1)制备电路掩膜版,包括如下步骤:a)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极和栅极的电路掩膜版图案;b)在石英/玻璃上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤a)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬,并去除所述聚甲基丙烯酸甲酯,得到所述源电极、所述漏电极和所述栅极的电路掩膜版;(2)制备带有图案的柔性平面内嵌迭片电极,包括如下步骤:a)在衬底的表面连接十八烷基三氯硅烷;b)在经步骤a)修饰后的衬底上,利用光刻的方法和步骤(1)得到的电路掩膜版分别制备源电极、漏电极和栅电极;并在所述源电极、所述漏电极和所述栅电极的金属电极表面连接巯丙基三甲氧基硅烷;c)在步骤b)的得到的所述源电极、所述漏电极和所述栅电极的金属电极表面分别旋涂聚二甲基硅氧烷,并进行固化;d)将旋涂有聚二甲基硅氧烷的所述栅电极从所述衬底上进行转移;将所述栅电极的金属电极表面、所述源电极的聚二甲基硅氧烷表面和所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面分别进行氧等离子体处理,即在表面形成羟基;e)剪裁所述源电极和所述漏电极;将所述栅电极的金属电极表面、所述源电极的聚二甲基硅氧烷表面和所述漏电极的聚二甲基硅氧烷表面进行对正并加热,则将所述栅电极、所述源电极和所述漏电极连接形成一整体,即得到所述柔性平面内嵌迭片电极。其中,步骤(2)a)中,所述连接十八烷基三氯硅烷的步骤如下:将清洗后的所述衬底静置于浓硫酸与过氧化氢体积比为7:3的混合溶液中;然后清洗所述衬底,再将所述衬底置于正庚烷与十八烷基三氯硅烷体积比为1000:1的混合溶液中,即在所述衬底表面连接上所述十八烷基三氯硅烷。步骤(2)b)中,所述光刻的方法如下:在所述衬底上旋涂光刻胶,经加热后置于365nm下的紫外灯下进行曝光,然后依次经显影和定影后,进行蒸镀金属。步骤(2)c)中,所述栅电极上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度为50~500μm;所述源电极和所述漏电极上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度均为0.8~5μm;所述固化的温度为70~100℃,所述固化的时间为2~12h。步骤(2)d)中,所述氧等离子体处理的时间为10~60s。步骤(2)e)中,所述加热的温度为70~100℃,所述加热的时间为10~30min。上述制备方法中,步骤2)中,所述有机薄膜为并五苯薄膜、酞菁铜薄膜或酞菁锌薄膜中的任一种,具体为并五苯薄膜。所述结合的方式具体可为压合。所述压合具体可为:将蒸镀在衬底上所述有机薄膜和所述迭片电极采用面对面的方式进行压合,即可得到所述基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管,所述压合具体可在探针台上操作进行。此处“面对面”就是指将所述有机薄膜贴附于所述迭片电极表面。其中,所述蒸镀的条件如下:将所述衬底置于高真空沉积腔体中,调节腔体中真空度为1×10-4~9×10-4Pa,具体为6×10-4Pa;加热制备有机薄膜所需有机半导体材料致其升华速率为具体为在所述衬底表面沉积厚度为20~100nm的所述有机薄本文档来自技高网
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一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管及其制备方法

【技术保护点】
一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管的制备方法,包括如下步骤:1)制备迭片电极;2)将有机薄膜和步骤1)中所述迭片电极结合,得到所述基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管。

【技术特征摘要】
1.一种基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管的制备方法,包括如下步骤:1)制备迭片电极;2)将有机薄膜和步骤1)中所述迭片电极结合,得到所述基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:步骤2)中,所述结合的方式为压合。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:所述压合为:将真空蒸镀在衬底上所述有机薄膜和所述迭片电极采用面对面的方式进行压合,得到所述基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管;或者,采用相同速度相反方向旋转的两个滚轴,将所述迭片电极和所述蒸镀在柔性衬底上所述有机薄膜平行放在两个滚轴之间,进行滚压,得到具有柔性卷对卷结构的所述基于迭片电极的有机薄膜场效应晶体管。4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述真空蒸镀的条件如下:将所述衬底置于真空沉积腔体中,调节腔体中真空度为1×10-4~9×10-4Pa;加热制备有机薄膜所需有机半导体材料致其升华速率为在所述衬底表面沉积厚度为20~100nm的所述有机薄膜,得到沉积在所述衬底上的所述有机薄膜。5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法,其特征在于:所述有机薄膜为并五苯薄膜、酞菁铜薄膜和酞菁锌薄膜中的任一种;所述衬底为柔性衬底或非柔性衬底。6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述柔性衬底为聚甲基丙烯酸甲酯柔性衬底或聚苯乙烯柔性衬底;所述非柔性衬底为硅片、玻璃片和蓝宝石片中的任一种;所述非柔性衬底在使用前还包括依次用丙酮和食人鱼洗液清洗的步骤,其中,所述食人鱼洗液为浓硫酸与过氧化氢体积比7:3的溶液。7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法,其特征在于:步骤1)中,所述迭片电极是按照如下方法制备得到:(1)制备电路掩膜版,包括如下步骤:a)利用L-editor软件分别设计源电极、漏电极和栅极的电路掩膜版图案;b)在石英/玻璃上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯,利用激光直写方法刻蚀步骤a)得到的电路掩膜版图案;然后蒸镀铬,并去除所述聚甲基丙烯酸甲酯,得到所述源电极、所述漏电极和所述栅极...

【专利技术属性】
技术研发人员:汤庆鑫刘益春童艳红李明璇周淑君
申请(专利权)人:东北师范大学
类型:发明
国别省市:吉林;22

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