基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管及制备方法，所述P型有机薄膜晶体管具有顶栅底接触结构。首先在绝缘衬底上通过掩膜版制备一层金作为源极和漏极，再在金电极上制备一层三氧化钼作为接触掺杂层，然后利用溶胶凝胶法，在已制备电极完毕的样品表面形成P型有机半导体有源层，并在有源层上旋涂一层介电材料作为绝缘层，最后通过掩膜版在绝缘层表面制备铝栅电极。该方法制备的三氧化钼接触掺杂的有机薄膜晶体管相较于传统有机薄膜晶体管，其载流子迁移率和器件开关比得到明显的提升，器件的亚阈值摆幅和阈值电压大幅减小。本发明专利技术提升了顶栅底接触结构的P型有机薄膜晶体管的电学性能，具有成本低廉、工艺步骤简单的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管及制备方法
本专利技术涉及微电子材料与器件技术和信息显示等领域，尤其是基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管及制备方法。
技术介绍
有机电子柔性器件在过去的30年间受到了学术界和社会工业的广泛关注，是未来柔性电子显示器件的一个重要发展方向，特别是在最近5-10年间，有机电子学在多个应用领域取得了长足的进展，如有机场效应晶体管、有机太阳能电池、生物传感器、TFT阵列、有机发光二极管等。目前有机材料与器件已经由基础研究逐步走向产业化，在应用生产中具有制作工艺简单、可弯曲、多样和成本低等特性；随着器件的处理加工温度越降越低，制备过程中相对需要的能耗也降低，从而在柔性显示突出了巨大的优势；未来OTFT器件尺寸能做得更小，集成度更高，将会大大提高其运算速率以及计算处理能力。有机薄膜晶体管已经成为一个发展迅速、前途光明的重要研究领域。然而与传统的硅基晶体管相比，场效应迁移率较低一直是严重阻碍有机薄膜晶体管性能的主要问题，这大大限制了有机薄膜晶体管的大规模商业化应用。由于有机薄膜晶体管源漏电极处金属与有机半导体有源层界面的优劣直接影响到载流子的注入和收集过程，为实现有机半导体迁移率的提升，就需要尽量优化电极和半导体层的接触界面。但是，即使采用功函数较大的金作为金属电极，不加修饰的金电极也仍存在一定的肖特基势垒高度，阻碍载流子输运。另外，对于常见的P型有机半导体有源层制备过程，采用定向刷涂法、磁场诱导排列法和引入单分子自组装层等复杂昂贵的方法，制备的有机半导体有源层表面还是存在较多缺陷，表面粗糙度较大，严重影响载流子传输，导致较低的迁移率，进而无法获得十分理想的晶体管电学性能。因此，迫切需要提出一种能够高效提升P型有机薄膜晶体管场效应迁移率的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的是提供一种基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管及制备方法。其制备方法适用的P型有机薄膜晶体管为顶栅底接触结构，晶体管由上至下依次是栅极、介电层、P型半导体有源层、三氧化钼接触掺杂层、源/漏电极以及衬底。该方法在P型有机薄膜晶体管源/漏电极制备完毕后，通过掩膜版对准方式，在源/漏电极表面形成一层接触掺杂层，通过该接触掺杂层对P型有机薄膜晶体管实现接触掺杂，优化了P型有机半导体有源层和金电极的接触，提高了P型有机薄膜晶体管的电学性能。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下具体步骤：步骤1：溶液的制备A1：半导体溶液的配制将P型有机半导体材料与有机溶剂以8mg/ml的质量体积比进行配制；其中，所述P型有机半导体材料为：1,4-二氧并二吡咯和噻吩的聚合物即DPPT-TT；所述有机溶剂为氯苯或对二氯苯；A2：绝缘层溶液的配制将绝缘层材料与高溶解性的有机溶剂以80mg/ml的质量体积比进行配制；其中，所述绝缘层材料为高分子聚合物；所述高溶解性的有机溶剂为乙酸或乙酸丁酯；A3：溶液的溶解将配制的半导体溶液与绝缘层溶液分别放在加热板上60℃静置溶解24小时；步骤2：器件的制备B1：衬底的清洗选择绝缘衬底，将衬底依次放置于去离子水、丙酮、酒精中，分别用超声清洗机清洗15分钟，然后用氮气枪吹干；B2：源漏电极的制备采用真空热蒸发镀膜技术，将金颗粒放置于第一热蒸镀舟上，使用机械泵和分子泵将热蒸镀腔体内抽至真空10-5~10-4Pa条件，利用不锈钢掩膜版在衬底上蒸镀厚度为30nm的金作为源漏电极；其中，热蒸镀电流为100-160A，速率为0.01-0.05nm/s；B3：接触掺杂层的制备采用真空热蒸发镀膜技术，将三氧化钼晶体粉末平铺在第二热蒸镀舟上，使用机械泵和分子泵将热蒸镀腔体内抽至真空10-5~10-4Pa条件，利用不锈钢掩膜版在相同位置的源漏电极表面上，蒸镀厚度为2-5nm的三氧化钼作为接触掺杂层，当其厚度很薄时（<1nm），接触掺杂层为不连续的薄膜，会导致较差的器件性能，当接触掺杂层的厚度过高（>6nm）时，其本身的低导电率和体电阻逐渐变得明显，也会导致器件的性能下降；其中，热蒸镀电流为60-75A，速率为0.01-0.02nm/s；B4：半导体薄膜的制备通过移液枪将已配制好的半导体溶液在衬底上表面铺满，采用旋涂仪在500rpm的转速下匀胶5秒，再在2000rpm的转速下匀胶40-80秒；在纯氩气环境下，将本步骤中旋涂半导体层完毕的样品放置于加热板上以200℃加热退火45分钟；制备的半导体薄膜厚度范围为35~45nm，即为有源层。B5：绝缘层薄膜的制备通过移液枪将已配制好的绝缘层溶液在半导体薄膜上表面铺满，采用旋涂仪先在500rpm的转速下匀胶5秒，再在2000rpm的转速下匀胶60秒；在纯氩气环境下，将本步骤中旋涂绝缘层完毕的样品放置于加热板上以80℃加热退火2小时；B6：栅极的制备通过光学显微镜的校准，使不锈钢掩膜版的开口位置与源极和漏极之间的沟道对应，再利用真空热蒸发镀膜技术在绝缘层上表面制备厚度为60nm的铝作为栅电极，得到所述三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管。步骤A2中，所述高分子聚合物为聚苯乙烯，与水具有至少90度接触角。步骤B1中，所述绝缘衬底为玻璃、二氧化硅或聚对苯二甲酸类塑料。一种上述方法制得的基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管。本专利技术所制备的有机薄膜晶体管相较于传统有机薄膜晶体管，其器件载流子迁移率得到了明显的提升，器件的亚阈值摆幅和阈值电压大幅减小。本专利技术提升了顶栅底接触结构的P型有机薄膜晶体管的电学性能，具有成本低廉、工艺步骤简单以及广泛适用于P型有机薄膜晶体管的特点。附图说明图1为对比例P型有机薄膜晶体管的截面结构示意图；图2为本专利技术P型有机薄膜晶体管的截面结构示意图；图3为对比例与实施例所制备的P型有机薄膜晶体管的转移特性曲线对比图。具体实施方式本专利技术通过传统电极制备工艺，在掩膜版的自对准下在电极的上表面制备出一层厚度可控且致密的三氧化钼接触掺杂层。三氧化钼因为其较高的功函数，能够有效地减小源漏电极与P型有机半导体接触形成的肖特基势垒高度，有利于空穴在界面间的传输，且三氧化钼还作为空穴传输层，能够在不破坏半导体有源层分子结构的前提下，对半导体有源层进行空穴掺杂，影响电子空穴捕获过程，有效地减少电子与空穴的接触式复合，增大了P型有机半导体薄膜沟道内的载流子浓度，从而使得P型有机薄膜晶体管的迁移率得到显著提高，且其亚阈值摆幅与阈值电压都显著减小。因此通过本专利技术，可使得P型有机薄膜晶体管的电学性能大幅提升。下面结合附图及实施例对本专利技术进一步说明。以下本专利技术提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例，凡依本专利技术申请范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。图2是本专利技术实施例的示意图，本专利技术所示的实施例不应该被认为仅限于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：/n步骤1：溶液的制备/nA1：半导体溶液的配制/n将P型有机半导体材料与有机溶剂以8mg/ml的质量体积比进行配制；其中，所述P型有机半导体材料为：1 ,4-二氧并二吡咯和噻吩的聚合物即DPPT-TT；所述有机溶剂为氯苯或对二氯苯；/nA2：绝缘层溶液的配制/n将绝缘层材料与高溶解性的有机溶剂以80mg/ml的质量体积比进行配制；其中，所述绝缘层材料为高分子聚合物，所述高溶解性的有机溶剂为乙酸或乙酸丁酯；/nA3：溶液的溶解/n将配制的半导体溶液与绝缘层溶液分别放在加热板上60℃静置溶解24小时；/n步骤2：器件的制备/nB1：衬底的清洗/n选择绝缘衬底，将衬底依次放置于去离子水、丙酮、酒精中，分别用超声清洗机清洗15分钟，然后用氮气枪吹干；/nB2：源漏电极的制备/n采用真空热蒸发镀膜技术，将金颗粒放置于第一热蒸镀舟上，使用机械泵和分子泵将热蒸镀腔体内抽至真空10

【技术特征摘要】
1.一种基于三氧化钼接触掺杂的P型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：溶液的制备
A1：半导体溶液的配制
将P型有机半导体材料与有机溶剂以8mg/ml的质量体积比进行配制；其中，所述P型有机半导体材料为：1,4-二氧并二吡咯和噻吩的聚合物即DPPT-TT；所述有机溶剂为氯苯或对二氯苯；
A2：绝缘层溶液的配制
将绝缘层材料与高溶解性的有机溶剂以80mg/ml的质量体积比进行配制；其中，所述绝缘层材料为高分子聚合物，所述高溶解性的有机溶剂为乙酸或乙酸丁酯；
A3：溶液的溶解
将配制的半导体溶液与绝缘层溶液分别放在加热板上60℃静置溶解24小时；
步骤2：器件的制备
B1：衬底的清洗
选择绝缘衬底，将衬底依次放置于去离子水、丙酮、酒精中，分别用超声清洗机清洗15分钟，然后用氮气枪吹干；
B2：源漏电极的制备
采用真空热蒸发镀膜技术，将金颗粒放置于第一热蒸镀舟上，使用机械泵和分子泵将热蒸镀腔体内抽至真空10-5~10-4Pa条件，利用不锈钢掩膜版在衬底上蒸镀厚度为30nm的金作为源漏电极；其中，热蒸镀电流为100-160A，速率为0.01-0.05nm/s；
B3：接触掺杂层的制备
采用真空热蒸发镀膜技术，将三氧化钼晶体粉末平铺在第二热蒸镀舟上，使用机械泵和分子泵将热蒸镀腔体内抽至真...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文武，姬韵博，黄凡铭，陆定一，褚君浩，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31