一种基于聚合物掺杂N-型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种基于聚合物掺杂N

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚合物掺杂N
‑
型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种基于聚合物掺杂N
‑
型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管。

技术介绍

[0002]以有机半导体材料为基础的有机电子器件有着制作成本低、易于大面积均匀制作、机械柔性好等优点，而其中的有机场效应晶体管(OFET)在柔性设备等器件应用方面更是有着广阔的前景。在众多有机半导体材料中，小分子P
‑
型有机半导体并五苯(Pentacene)因具有与无机非晶硅相近的载流子场效应迁移率等优势，被广泛应用于有机场效应管的制作研究[1]。在此基础上，以有机场效应管为结构基础的非易失性存储器更是吸引了大量研究人员的目光。传统的并五苯场效应晶体管的结构分为以下两种，一种为底栅型:从下到上分别是栅电极/绝缘层/聚合物介质薄膜(电荷俘获介质)/并五苯/源(漏)电极；另一种为顶栅型，有机场效应晶体管的结构为，从下到上分别是源(漏)电极/并五苯/聚合物介质薄膜(电荷俘获介质)/绝缘层/栅电极。在上述有机场效应晶体管结构中，常用的作为电荷俘获介质的聚合物介质薄膜有聚(2
‑
乙烯基萘)(PVN)[2]、聚苯乙烯(PS)[3]、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)[4]、聚α
‑
甲基苯乙烯(PαMS)等[5]，而在以这些材料为电荷俘获介质的并五苯有机场效应晶体管存储器件中，其转移特性曲线在高工作电压下具有大的存储窗口。在Baeg等人以PαMS为俘获介质制作的并五苯有机场效应晶体管中，他们为了对器件进行写入操作使用了200V/1μs的脉冲，并用
‑
100V/1μs的脉冲对器件进行擦除操作[5]。而在以聚(2
‑
乙烯基萘)(PVN)为电荷俘获介质的并五苯有机场效应晶体管中，Baeg等人则使用了60V/1ms的脉冲进行写入操作，
‑
35V/1ms的脉冲进行擦除操作[2]。在以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为电荷俘获介质的并五苯有机场效应晶体管中，Wen等人则用
±
120V/1s的脉冲对器件进行擦写操作[4]。在上述示例中，对并五苯有机场效应晶体管进行有效擦写操作所用到的脉冲电压幅值较高，还远达不到现代电子器件大规模应用的工业标准。因此，以电荷俘获介质为基础的并五苯有机场效应晶体管离实际商业应用仍存在较远距离。
[0003]在以并五苯有机场效应晶体管为基础的研究中，许多研究表明在并五苯薄膜内，靠近并五苯/栅介质界面间的位置存在着因氧气或水分等外界因素影响而产生的带正电的缺陷，该正电荷缺陷层厚度约为1.5nm，且缺陷体密度约为4
ⅹ
10
18
cm
‑3[6
‑
8]。这层正电荷缺陷层产生的电场方向由界面指向并五苯薄膜体内，其作用等同于正电荷势垒，阻碍了空穴从并五苯到电荷俘获层的转移，最后使得以聚合物介质薄膜为电荷俘获层的并五苯有机场效应晶体管的工作电压高。
[0004]中国专利技术专利申请(申请号：201911336850.8)及美国专利申请(申请号：17058652)公开了一种提升并五苯有机场效应晶体管工作性能的方法及结构，在并五苯和聚合物薄膜间引入一层n
‑
型半导体薄膜，利用静电感应效应来降低并五苯和聚合物界面处的空穴势垒高度，从而达到降低器件工作电压的目的，同时实现了利用较低的脉冲幅值及
较窄的脉冲宽度来实现器件的编程及擦除操作。但是由于在聚合物薄膜上生长的n
‑
型有机小分子半导体薄膜表面粗糙，且薄膜具有较小的晶粒尺寸，导致后续其上生长的并五苯薄膜晶粒较小，使得并五苯沟道中空穴载流子受到的散射较强。较强的散射效应使得并五苯场效应晶体管器件虽然工作电压较低，但是其载流子迁移率偏低，影响器件的性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提出一种基于聚合物掺杂N
‑
型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管，以降低并五苯有机场效应晶体管器件的工作电压，提高器件的载流子迁移率，促进其实际应用。
[0006]本专利技术的技术方案是
[0007]一种基于聚合物掺杂N
‑
型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管，所述有机场效应晶体管器件的结构为底栅型：从下到上分别是栅电极/绝缘层/电荷俘获层/并五苯/源漏电极；所述有机场效应晶体管器件的结构或为顶栅型：从下到上分别是源漏电极/并五苯/电荷俘获层/绝缘层/栅电极；所述电荷俘获层为N
‑
型有机半导体与聚合物介质混合形成的薄膜。
[0008]进一步的，所述N
‑
型有机半导体为N
‑
型聚合物有机半导体或N
‑
型小分子有机半导体。
[0009]进一步的，所述N
‑
型聚合物有机半导体包括聚{[N，N
′‑
二(2
‑
辛基十二烷基)
‑
萘
‑
1,4,5,8
‑
二
‑
(二甲酰亚胺)
‑
2,6
‑
二酰基]‑
alt
‑
5,5
′‑
(2,2
′‑
双噻吩)}(P(NDI2OD
‑
T2))、聚(纳烷基二酮吡咯吡咯二硫基噻吩[3,2
‑
b]噻吩)(DPP
‑
DTT)；所述N
‑
型小分子有机半导体包括N，N
′‑
双(2
‑
苯乙基)
‑
苝
‑
3,4,9,10
‑
四羧酸二亚胺(BPE
‑
PTCDI)。
[0010]进一步的，所述聚合物介质包括聚苯乙烯(PS)，聚(2
‑
乙烯基萘)(PVN)或聚α
‑
甲基苯乙烯(PαMS)；所述聚合物介质具有俘获电荷的作用。
[0011]进一步的，所述电荷俘获层为N
‑
型有机半导体与聚合物介质在溶液状态下或固体状态下混合制取。
[0012]进一步的，所述电荷俘获层制备方法包括甩胶法、溶胶
‑
凝胶法、喷涂法、丝网印刷法或喷墨打印法，所述电荷俘获层厚度为1
‑
100nm。
[0013]进一步的，所述绝缘层材料包括无机绝缘体或聚合物绝缘体，用于阻挡被聚合物俘获的电荷逃逸至栅电极。
[0014]进一步的，所述无机绝缘体包括二氧化硅或氧化铝；所述聚合物绝缘体包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)或聚(偏二氟乙烯
‑
三氟乙烯)(P(VDF
‑
TrFE))。
[0015]并五苯的制备方法包括溶液方法，如甩胶法(spin
‑
coating)，溶胶
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于聚合物掺杂N
‑
型有机半导体的并五苯有机场效应晶体管，所述有机场效应晶体管器件的结构为底栅型：从下到上分别是栅电极/绝缘层/电荷俘获层/并五苯/源漏电极；所述有机场效应晶体管器件的结构或为顶栅型：从下到上分别是源漏电极/并五苯/电荷俘获层/绝缘层/栅电极；其特征在于，所述电荷俘获层为N
‑
型有机半导体与聚合物介质混合形成的薄膜。2.根据权利要求1所述的并五苯有机场效应晶体管，其特征在于，所述N
‑
型有机半导体为N
‑
型聚合物有机半导体或N
‑
型小分子有机半导体。3.根据权利要求2所述的并五苯有机场效应晶体管，其特征在于，所述N
‑
型聚合物有机半导体包括聚{[N，N
′‑
二(2
‑
辛基十二烷基)
‑
萘
‑
1,4,5,8
‑
二
‑
(二甲酰亚胺)
‑
2,6
‑
二酰基]
‑
alt
‑
5,5
′‑
(2,2
′‑
双噻吩)}或聚(纳烷基二酮吡咯吡咯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珍良，于天鹏，殷江，夏奕东，刘治国，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：