一种有机场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种有机场效应晶体管及其制备方法，其中包括步骤：提供栅极；沉积聚合物材料至所述栅极上，形成介电层；将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理；沉积有机半导体层材料在处理后的介电层上，形成有机半导体层；沉积电极层材料在有机半导体层上，形成电极层。本发明专利技术采用超临界流体处理后的介电层的介电性能得到了明显的提升。同时，采用处理过后介电层的OFET器件迟滞效应被基本消除，同时OFET亚阈值斜率也显著降低，且载流子迁移率有效提升。除此之外，处理后的OFET开关速度得到提升，通过串联发光二极管，可以提升发光二极管开关速率。

【技术实现步骤摘要】
一种有机场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及有机电子器件
，尤其涉及一种有机场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
近些年，有机电子器件因具有高机械柔性和低成本制备而备受关注，在这些有机电子器件中有机场效应晶体管作为核心单元具有非常广泛的应用。有机场效应晶体管的性能很大程度上受介电层影响，例如介电层极化、纯度和电荷束缚等因素会严重影响器件的迟滞效应、亚阈值斜率、漏电流、源漏极电流开关比和电荷迁移率等性能，进而也会影响整个电路的开关速率、功耗和稳定性。除此之外，介电层的机械性能也十分关键，特别是对于可卷曲显示的柔性移动显示设备，介电层的弯曲性能就决定了整个显示设备的使用性能和寿命。介电层材料通常可以是无机氧化物、有机聚合物以及他们的混合物或者是多层材料。在这些材料当中，有机聚合物介电层材料的机械柔性尤为出众，此外与器件中其他有机材料有更好的相容性。这些特性对于柔性器件应用十分重要，例如可卷曲显示，可卷曲显示对器件的弯曲半径提出很高的要求，而大部分的无机介电材料很难达到这个要求。然而在聚合物介电层材料中经常含有金属离子，这些金属离子杂质是来自于在聚合物原料生产过程，因而难以避免且很难去除，这种可移动的金属离子会对OFET(有机场效应晶体管)器件的阈值电压漂移产生严重影响。此前，聚合物薄膜可以通过加入交联剂，再进行紫外UV照射和空气后退火等方法来交联并提升薄膜介电性能，但是这些后处理方法无法有效去除聚合物中的吸水官能团和离子杂质。基于聚合物介电层OFET的多个电学性能，如迟滞效应、亚阈值斜率和载流子迁移率，依然不能达到令人满意的程度，而这些问题将严重限制基于聚合物介电层的OFET在高速开关和低功耗有机电路中的应用。因此，现有技术仍有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种有机场效应晶体管及其制备方法，旨在解决现有聚合物介电层中金属离子杂质无法有效去除的问题。专利技术人研究发现，超临界流体结合了气体和液体两者的特性，其密度和粘度小于液体，但是扩散系数却接近气体，因此超临界流体具有非常快的物质输送能力。通过加入除湿剂，例如无水氯化钙，超临界流体可以快速高效地去除物质中的水分子和杂质。本专利技术的技术方案如下：一种有机场效应晶体管的制备方法，其中，包括步骤：提供栅极；沉积聚合物材料至所述栅极上，形成介电层；将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理；沉积有机半导体层材料在处理后的介电层上，形成有机半导体层；沉积电极层材料在有机半导体层上，形成电极层。进一步地，所述聚合物材料包含聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中任意一种或多种。进一步地，所述栅极包含重掺杂单晶硅、沉积有氧化铟锡的聚合物薄膜、沉积有金属的聚合物薄膜中的任意一种。进一步地，所述聚合物材料的沉积方法为旋涂法。进一步地，所述将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理的步骤，具体包括：采用二氧化碳作为流体，将沉积有介电层的栅极放置于反应釜中，再加入除水剂，将二氧化碳气体加压至1500-3000psi后通入反应釜中，将反应釜温度升至60-120℃后保持30分钟至1小时的处理时间。进一步地，所述有机半导体层材料为并五苯、2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-B]苯并噻吩中任意一种或两种。进一步地，所述沉积有机半导体层材料的方法为真空热蒸镀法，其中真空度为2×10-6托，蒸镀速率为0.5埃米每秒。进一步地，所述沉积电极层材料的方法为真空热蒸镀法，其中真空度为2×10-6托，蒸镀速率为0.5埃米每秒。进一步地，所述电极层材料包括金、铜、铝中一种。一种有机场效应晶体管，其中，采用本专利技术所述的方法制备得到。有益效果：本专利技术采用超临界流体处理介电层，可以有效降低整个介电层中的可移动金属离子含量，进而采用此介电层的OFET器件在栅压变化的情况下更快地响应，加快晶体管器件的开关速率，减少可移动离子对迟滞的影响。超临界流体处理后的聚合物中的缺陷减少，进而采用此介电层的OFET在低电压的情况下可以注入更多载流子进入沟道，使器件亚阈值斜率显著降低，且载流子迁移率有效提升。另外，将处理后的介电层用于显示面板的控制晶体管，得益于性能提升后的介电层，控制开关响应更快，可以显著提升显示刷新率。附图说明图1本专利技术实施例提供的一种有机场效应晶体管的制备方法的流程图。图2为实施例1提供的一种采用超临界流体处理后介电层的有机场效应晶体管结构示意图。图3为实施例1提供的一种超临界流体处理设备示意图。图4为实施例1提供的一种超临界流体处理高温高压反应釜容器示意图。图5为对比例2和对比例3在介电测试后反映介电材料在处理前后金属介电情况变化的对比示意图。图6为对比例4和对比例5在X射线光电子能谱测试后反映介电材料在处理前后金属钠离子含量变化的对比示意图。图7实施例1和对比例6在转移特性曲线测试后反映采用超临界流体处理介电层对OFET电学性能改善的对比示意图。图8为实施例1和对比例6在串联有机发光二极管后反映采用超临界流体处理介电层的OFET开关性能改善的对比示意图。具体实施方式本专利技术提供一种有机场效应晶体管及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种有机场效应晶体管的制备方法，如图1所示，包括步骤：S10、提供栅极；S20、沉积聚合物材料至所述栅极上，形成介电层；S30、将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理；S40、沉积有机半导体层材料在处理后的介电层上，形成有机半导体层；S50、沉积电极层材料在有机半导体层上，形成电极层。本专利技术实施例中，采用超临界流体处理介电层，可以有效降低整个介电层中的可移动金属离子含量，进而采用此介电层的OFET器件在栅压变化的情况下更快地响应，加快晶体管器件的开关速率，减少可移动离子对迟滞的影响。超临界流体处理后的聚合物中的缺陷减少，进而采用此介电层的OFET在低电压的情况下可以注入更多载流子进入沟道，使器件亚阈值斜率显著降低，且载流子迁移率有效提升。另外，将处理后的介电层用于显示面板的控制晶体管，得益于性能提升后的介电层，控制开关响应更快，可以显著提升显示刷新率。步骤S10中，在一种实施方式中，所述栅极包含重掺杂单晶硅、沉积有氧化铟锡(ITO)的聚合物薄膜、沉积有金属的聚合物薄膜等不限于此中的任意一种。其中所述重掺杂单晶硅指的是掺入杂质量比较多的半导体单晶硅，通常杂质浓度大于每立方厘米原子数为1018个。步骤S20中，在一种实施方式中，在所述栅极上沉积聚合物材料之前，还包括步骤：将栅极分别放置于丙酮、异丙醇、去离子水中超声清洗20分钟，清洗后需在紫外或臭氧氛围下处理15分钟。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n提供栅极；/n沉积聚合物材料至所述栅极上，形成介电层；/n将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理；/n沉积有机半导体层材料在处理后的介电层上，形成有机半导体层；/n沉积电极层材料在有机半导体层上，形成电极层。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供栅极；
沉积聚合物材料至所述栅极上，形成介电层；
将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理；
沉积有机半导体层材料在处理后的介电层上，形成有机半导体层；
沉积电极层材料在有机半导体层上，形成电极层。


2.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述聚合物材料包含聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中任意一种或多种。


3.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述栅极包含重掺杂单晶硅、沉积有氧化铟锡的聚合物薄膜、沉积有金属的聚合物薄膜中的任意一种。


4.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述聚合物材料的沉积方法为旋涂法。


5.根据权利要求1所述的有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述将沉积有介电层的栅极进行超临界流体处理的步骤，具体包括：采用二氧化碳作为流体，将沉积有介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟鸿，施宇豪，王新炜，艾琳，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44