一种双极性提升的聚合物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双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管及制备方法，所述聚合物有机薄膜晶体管具有顶栅底接触结构。其制备方法：首先在玻璃衬底上通过掩膜版制备一层金作为源极和漏极，再在金电极上利用溶胶凝胶法制备一层有机盐掺杂后的聚合物有机半导体有源层，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形成栅电极。该方法所制备的聚合物有机薄膜晶体管相较于传统聚合物有机薄膜晶体管，其弱极性沟道区的开关比、迁移率得到了明显的提升。本发明专利技术提升了顶栅底接触结构的聚合物有机薄膜晶体管的双极性性能，具有成本低廉、工艺步骤简单的特点，也为未来互补型集成电路的研究和应用奠定了基础。础。础。

【技术实现步骤摘要】
一种双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管及制备方法


[0001]本专利技术涉及微电子材料与器件技术和信息显示领域，尤其是一种双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管及制备方法，该晶体管为有机盐C
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N掺杂聚合物有机薄膜晶体管，以提升其双极性。

技术介绍

[0002]使用有机半导体作为薄膜晶体管中的有源层在近三十年来获了广泛的关注，以共轭聚合物、低聚合物和融合芳烃作为半导体材料的有机薄膜晶体管相对于采用无机半导体的场效应晶体管有特殊的优势，例如可用于大面积、柔性、低温加工(接近室温)、低成本和透明的新型薄膜晶体管的制作。聚合物有机薄膜晶体管可应用于平板显示器的驱动电路作为记忆组件用于交易卡和身份识别器以及智能卡、有机电致发光二极管和可贴式传感器、无线射频识别标签等领域。此外，互补逻辑电路作为有机电子器件未来发展方向之一也得到了人们的较大关注。
[0003]国际上对于有机晶体管互补型集成电路的研究仍是比较缓慢的。主要原因之一在于如果采用使用两种半导体互连制备互补型电路，那么工艺难度和成本会大大增加。另一种方法是使用同一种聚合物有机半导体进行制备，虽然成本降低制备流程也变简单，但是大多数半导体的双极性性能不足会导致无法满足N沟道和P沟道性能匹配。
[0004]提升聚合物有机薄膜晶体管双极性的方法有设计和合成新的有机半导体、半导体和绝缘聚合物共混、掺杂等。设计和合成方法通常需要精确的设置和对半导体沉积准确的控制，因此限制了这种方法的大规模应用。此外，通过半导体和绝缘体的共混的方法以调节膜中的形态或相分离尚有局限还未广泛运用于改善性能。通过增加弱极性沟道的载流子浓度并且钝化陷阱提升开态电流并优化迁移率，它有着工艺方法简单、成本低廉，适用性广的优势吸引着研究人员的注意。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管及制备方法。其制备方法适用的聚合物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、聚合物半导体有源层、源/漏电极以及衬底。该方法在聚合物有机薄膜晶体管制备源/漏电极完毕后，旋涂一层有机盐掺杂的聚合物半导体有源层，通过该掺杂对聚合物有机薄膜晶体管实现沟道掺杂，提高了聚合物有机薄膜晶体管的双极性。
[0006]实现本专利技术目的的具体技术方案是：
[0007]一种双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管的制备方法，包括以下具体步骤：
[0008]步骤1：将双极性聚合物有机半导体材料与有机盐C
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N以物质的量之比为32～9:1的比例放入有机溶剂中，进行混合以制成质量体积比为5mg/ml的半导体溶液；其中，所述双极性聚合物有机半导体材料为：[N,N
’‑
双(2
‑
辛基十二烷基)
‑
1,4,5,8
‑
萘二酰亚胺
‑
2,6
‑
双基
‑
并
‑
5,5
’‑
(2,2
’‑
双噻吩)]聚合物(N2200)；所述有机溶剂为氯苯或对二氯苯；
[0009]所述有机盐的结构式为：
[0010][0011]所述双极性聚合物有机半导体材料(N2200)的结构式为：
[0012][0013]步骤2：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置；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丁酯；
[0014]步骤3：将掺杂有机盐C
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N的半导体溶液与绝缘层溶液分别放在加热板上80℃静置溶解24小时；
[0015]步骤4：采用真空热蒸发镀膜技术，利用不锈钢掩膜版在绝缘衬底上蒸镀厚度为30纳米的金作为源漏电极；接着，通过移液枪将已配置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；在手套箱纯氩气环境下，将之前旋涂半导体层完毕的样品放置于加热板上以110℃加热退火120分钟；由此制备的半导体薄膜厚度为35～45纳米，即为有源层；通过移液枪将绝缘层溶液在半导体薄膜上表面铺满，采用旋涂仪在与先前旋涂速度和时间一致的条件下旋涂；在纯氩气环境下，将旋涂绝缘层完毕的样品放置于加热板上以80℃加热退火20小时；
[0016]步骤5：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60纳米的铝作为栅电极，得到所述双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管即有机盐C
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N掺杂聚合物有机薄膜晶体管；其中：
[0017]所述高分子聚合物为聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯或全氟(1
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丁基乙烯醚)聚合物，与水具有至少90度接触角；
[0018]所述绝缘衬底为玻璃、二氧化硅或聚对苯二甲酸类塑料。
[0019]一种上述方法制得的双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管即有机盐C
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N掺杂聚合物有机薄膜晶体管。
[0020]本专利技术所制备的聚合物有机薄膜晶体管相较于传统聚合物有机薄膜晶体管，其器件的双极性，弱极性沟道开关比和载流子迁移率得到了明显的提升。本专利技术提升了顶栅底接触结构的聚合物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
用于聚合物有机薄膜晶体管的特点。
附图说明
[0021]图1为对比例晶体管的截面结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例晶体管的截面结构示意图；
[0023]图3为未掺杂的传统方法与本专利技术方法所制得的晶体管的转移特性曲线对比图；
[0024]图4为未掺杂的半导体薄膜与本专利技术的半导体薄膜的UPS曲线对比图；
[0025]图5为未掺杂的半导体薄膜以及本专利技术的半导体薄膜的深陷阱浓度图。
具体实施方式
[0026]本专利技术通过制备混合的有机盐C
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N和聚合物半导体材料成为溶液形成对半导体有源层的弱极性沟道进行电荷转移掺杂。有机盐C
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N作为活性很高的掺杂剂，增大了电荷转移和注入，提高了双极性聚合物有机半导体薄膜的少数载流子浓度，从而使得聚合物有机薄膜晶体管弱极性沟道的开关比、迁移率得到显著提高。因此通过本专利技术，可使得聚合物有机薄膜晶体管的双极性明显提高。
[0027]下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]以下本专利技术提供优选实施例，但不应该被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管及制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：步骤1：将双极性聚合物有机半导体材料与有机盐C
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N以物质的量之比为32～9:1的比例放入有机溶剂中，进行混合以制成质量体积比为5mg/ml的半导体溶液；其中，所述双极性聚合物有机半导体材料为：[N,N
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双(2
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辛基十二烷基)
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1,4,5,8
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萘二酰亚胺
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2,6
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双基
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并
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5,5
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(2,2
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双噻吩)]聚合物；所述有机溶剂为氯苯或对二氯苯；所述有机盐的结构式为：所述双极性聚合物有机半导体材料的结构式为：步骤2：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置；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丁酯；步骤3：将掺杂有机盐C
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N的半导体溶液与绝缘层溶液分别放在加热板上80℃静置溶解24小时；步骤4：采用真空热蒸发镀膜技术，利用不锈钢掩膜版在绝缘衬底上蒸...

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