一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管及其制备方法与应用。所述有机薄膜晶体管结构自下而上依次为衬底、OTS修饰的绝缘层、有源层和源漏电极；或自下而上依次为衬底、铝、OTS修饰的绝缘层、有源层和源漏电极；所述有源层材料为PDQT。本发明专利技术以半导体聚合物材料PDQT为有源层，并用OTS修饰绝缘层，可显著提高有机薄膜晶体管对载流子的传输特性，为制备全溶液的全有机薄膜晶体管器件阵列提供参考。全溶液的全有机薄膜晶体管器件阵列提供参考。全溶液的全有机薄膜晶体管器件阵列提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于有机薄膜晶体管器件领域，具体涉及一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]有机薄膜晶体管的有源层为共轭聚合物或有机小分子。1986年Tsumura等人报道了基于电化学聚合的聚噻吩有机薄膜晶体管器件，得到的载流子迁移率只有10
‑
5cm2/Vs,虽然性能比较低，但是拓展了有机半导体材料的潜在应用领域，开启了OTFT的研究热潮。近几年已取得突破性进展，其性能已超过了a
‑
Si:H TFT的水平。Chan Luo等人报道了有源层材料为聚合物poly[4
‑
(4,4
‑
Dihexadecy l
‑
4H
‑
cyclopenta[1,2
‑
b:5,4
‑
b
′
]dithiophen
‑2‑
yl)
‑
alt
‑
[1,2,5]‑
thiadiazolo[3,4
‑
c]pyridine]的自组装OTFT器件，其空穴迁移率达μh＝36.3cm
2 V
‑1s
‑1。相比无机TFT，有机TFT具有以下优点：
[0003](1)有机材料种类繁多，制备工艺简单灵活，可以通过化学掺杂的方法对材料的电学性质进行调制，也可以通过物理掺杂的方法改变有机材料的半导体性质，从而调节TFT的器件性能。
[0004](2)有机材料的成膜技术多，包括旋涂、提拉、分子自组装、真空蒸发技术、丝网印刷技术、喷墨打印技术等，容易实现大面积薄膜制备。
[0005](3)有机材料天然具有较好的柔韧性，能很好地与柔性衬底兼容，制备柔性可穿戴的电子器件。
[0006]在有机薄膜晶体管器件中，绝缘层是非常重要的组成部分。目前应用于有机薄膜晶体管器件的绝缘层材料主要有以下几类：
[0007](1)无机介电材料。包括传统的SiO2介质层，高k介电材料Al2O3、HfO2、TiO2、ZrO2等等。
[0008](2)有机聚合物介电材料。包括基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚乙烯苯酚、聚苯乙烯、聚乙烯醇、苯并环丁烯等。具有表面粗糙度低，可溶液制备，使得有机聚合物绝缘层材料在柔性印刷电子器件中显示出了极大的潜力。
[0009](3)无机/有机聚合物复合介电材料。一般采用无机纳米颗粒与有机聚合物材料复合，从而获得高介电常数，致密、平整、机械性好的的高质量薄膜。
[0010]绝缘层的形貌、介电常数、界面性质及接触特性等对载流子的传输特性有着很大的影响，而对于绝缘层来说，由于其本身表面亲水的性质，使其与有源层的有机材料之间的界面，很难完美地匹配，从而在界面间形成缺陷，导致漏电流增加器件性能下降，因此，对绝缘层表面进行修饰，使有源层与绝缘层之间的接触更加紧密，是解决此问题的有效方法。

技术实现思路

[0011]为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管。
[0012]本专利技术的另一目的在于提供上述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管的制备方法。
[0013]本专利技术的再一目的在于提供上述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管的应用。
[0014]本专利技术目的通过以下技术方案实现：
[0015]一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管，其结构自下而上依次为衬底、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的绝缘层、有源层和源漏电极；
[0016]或自下而上依次为衬底、铝层、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的绝缘层、有源层和源漏电极。
[0017]优选的，所述衬底均为重掺杂P型硅片和玻璃片中的至少一种。
[0018]优选的，所述十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的绝缘层中的绝缘层材料均为SiO2、Al2O3、HfO2、TiO2、ZrO2、聚酰亚胺、聚乙烯苯酚、聚苯乙烯、聚乙烯醇和苯并环丁烯中的至少一种。
[0019]优选的，所述十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的绝缘层指在绝缘层表面进行十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰，具体方法如下：在绝缘层上滴定十八烷基三氯硅烷(OTS)，使其铺满绝缘层表面，静置1～2min，以3000～5000rmp的转速旋涂20～40秒。
[0020]优选的，未经OTS修饰的绝缘层的厚度为200～300nm。
[0021]优选的，所述铝层的厚度为200～300nm。
[0022]优选的，所述有源层均为半导体聚合物材料[3,6
‑
bis(40
‑
dodecyl[2,20]bithiophenyl
‑5‑
yl)
‑
2,5
‑
bis(2
‑
hexyldecyl)
‑
2,5
‑
dihydropyrrolo[3,4
‑
c]pyrrole
‑
1,4
‑
dione](PDQT)；所述有源层的厚度为40～120nm。
[0023]优选的，所述源漏电极材料为金，其厚度为50～100nm。
[0024]更优选的，所述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管(OTFT)，自下而上依次为重掺杂P型硅片、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的SiO2层、PDQT层和金电极；或自下而上依次为玻璃、铝、十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰的Al2O3层、PDQT层和金电极。
[0025]上述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0026]在衬底表面通过磁控溅射工艺制备铝层，然后在铝层表面通过阳极氧化工艺制备绝缘层，或者直接在衬底表面通过热氧化工艺制备绝缘层；采用十八烷基三氯硅烷对绝缘层进行表面修饰，在修饰后的绝缘层表面制备有源层，再采用真空蒸镀工艺制备源漏电极。
[0027]优选的，所述有源层采用旋涂和热处理工艺进行制备。
[0028]上述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管的应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：
[0030]本专利技术以半导体聚合物材料[3,6
‑
bis(40
‑
dodecyl[2,20]bithiophenyl
‑5‑
yl)
‑
2,5
‑
bis(2
‑
hexyldecyl)
‑
2,5
‑
dihydropyrrolo[3,4
‑
c]pyrrole
‑
1,4
‑
dione](PDQT)为有源层，并用十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰绝缘层，使绝缘层漏电流减少，改善绝缘层与有源层的接触，使其更加紧密，从而显著提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管，其特征在于，其结构自下而上依次为衬底、十八烷基三氯硅烷修饰的绝缘层、有源层和源漏电极；或自下而上依次为衬底、铝层、十八烷基三氯硅烷修饰的绝缘层、有源层和源漏电极。2.根据权利要求1所述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述十八烷基三氯硅烷修饰的绝缘层指在绝缘层表面进行十八烷基三氯硅烷修饰，具体方法如下：在绝缘层上滴定十八烷基三氯硅烷，使其铺满绝缘层表面，静置1～2min，以3000～5000rmp的转速旋涂20～40秒。3.根据权利要求1所述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有源层均为半导体聚合物材料PDQT，其厚度为40～120nm。4.根据权利要求1所述一种底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管，其特征在于，所述十八烷基三氯硅烷修饰的绝缘层中的绝缘层材料均为SiO2、Al2O3、HfO2、TiO2、ZrO2、聚酰亚胺、聚乙烯苯酚、聚苯乙烯、聚乙烯醇和苯并环丁烯中的至少一种；未经OTS修饰的绝缘层的厚度为200～300nm。5.根据权利要求1所述一种底栅顶接触结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许伟，彭俊彪，宁洪龙，姚日晖，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：