一种基于高稳定聚合物绝缘层的柔性液相有机薄膜场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高稳定聚合物绝缘层的柔性液相有机薄膜场效应晶体管及其制备方法。本发明专利技术提供的柔性有机薄膜场效应晶体管，由下至上依次为栅电极、聚合物绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极；聚合物绝缘层由绝缘聚合物形成，厚度为100nm～20μm；绝缘聚合物为聚乙烯亚胺与环氧树脂的交联产物。本发明专利技术柔性有机场效应晶体管中，由于晶体管绝缘层具有优异的柔性，所以器件及器件阵列具有良好的柔性和随形贴合能力；由于器件是通过层层制备而成，因此使得电极，半导体和绝缘层之间形成牢固的接触，防止晶体管在形变的过程中发生分层的现象；本发明专利技术也可成功制备大面积柔性有机场效应晶体管阵列，有利于工业化生产。有利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高稳定聚合物绝缘层的柔性液相有机薄膜场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于高稳定聚合物绝缘层的柔性液相有机薄膜场效应晶体管及 其制备方法，属于有机电子领域。

技术介绍

[0002]液相法有机薄膜场效应晶体管(OFET)因其低成本，大面积高通量的连续制备， 良好的机械柔韧性等，在显示驱动，射频识别和逻辑电路中得到了广泛的应用。(Adv. Mater.2020,1908388)相比于无机材料，有机材料由于质轻，柔性，丰富的种类，可 化学设计，良好的机械柔韧性和可溶液加工等特性，使其在可穿戴电子产品应用具有 得天独厚的优势。然而，目前的柔性有机薄膜场效应晶体管的报道非常有限。因此要 制备这样的晶体管，需要整个器件的电极、半导体、绝缘层同时具有良好的柔性的特 点，这对于器件的材料选择提出了极高的要求。
[0003]目前制备液相法高稳定柔性场效应晶体管主要存在以下问题：(1)要实现液相法 制备OFET，首要条件聚合物绝缘层在半导体溶液在沉积的过程中具有良好的抗溶剂 性。然而目前大部分的商业化聚合物绝缘层都是线形的，在有机溶剂的作用下不可避 免的发生溶解，与溶液法不兼容。(2)只有少数的抗溶剂的聚合物可制备液相法柔性 OFET，如聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(乙烯醇)(PVA)和聚 (4
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乙烯基苯酚)(C
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PVP)。然而，PI和PET电介质面临着聚合温度过高(275
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300℃)， 远高于有机半导体的沉积温度(<120℃)。而PVA和PVP中存在的极性基团
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OH会 吸收空气中的水分，降低定向偶极子的速度，从而降低晶体管的器件性能(Polymers2020,12,826；Small 2018,14,1801020)。虽然通过化学交联可以有效地降低
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OH浓度， 但仍然可以明显的观察到迟滞现象(ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10, 24055
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24063；Organic Electronics 11(2010)1613
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1619)。因此，通过化学合成的方法 合成一种不含极性基团，同时兼具柔性和良好的耐溶剂性的聚合物绝缘层制备柔性 OFET是实现工业化生产的前提。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于高稳定聚合物绝缘层的柔性液相有机薄膜场效应 晶体管，可以通过剥离机械剥离的方式制备大面积超柔性有机场效应晶体管；由于晶 体管绝缘层具有优异的柔性，所以器件及器件阵列具有良好的柔性和随形贴合能力； 由于器件是通过层层制备而成，因此使得电极、半导体和绝缘层之间形成牢固的接触， 防止晶体管在形变的过程中发生分层的现象；本专利技术也可成功制备大面积柔性有机场 效应晶体管阵列，有利于工业化生产。
[0005]本专利技术所提供的柔性有机薄膜场效应晶体管，由下至上依次为栅电极、聚合物绝 缘层、有机半导体层、源电极和漏电极；
[0006]其中，所述聚合物绝缘层由绝缘聚合物形成，厚度为100nm～20μm；
[0007]所述绝缘聚合物为聚乙烯亚胺(PEI)与环氧树脂(EP)的交联产物(PEI
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EP)；
[0008]所述聚乙烯亚胺与所述环氧树脂的质量比可为1：1～4；
[0009]所述聚乙烯亚胺的分子量可为2000～200000；
[0010]所述环氧树脂的分子量可为500～10000。
[0011]上述的柔性有机薄膜场效应晶体管中，所述栅电极可为金属电极、氧化物电极或 聚合物电极；
[0012]所述金属电极的材质可为金、银、铝或铂；
[0013]所述氧化物电极的材质可为氧化铟锡或铟镓锌氧化物；
[0014]所述聚合物电极的材质可为聚3，4
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乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、聚吡咯或聚 苯胺；
[0015]所述栅电极的厚度可为20～100nm。
[0016]上述的柔性有机薄膜场效应晶体管中，所述有机半导体层的材质可为C8
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BTBT、 TIPS
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并五苯、DPPT
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TT、DNTT、N2200或PIDTBT；
[0017]所述有机半导体层的厚度为2～100nm；
[0018]上述的柔性有机薄膜场效应晶体管中，所述源电极和漏电极的材质均可为金、银、 铝或铜；
[0019]所述源电极和漏电极的厚度均为20～100nm。
[0020]本专利技术进一步提供了所述柔性有机薄膜场效应晶体管的制备方法，包括如下步 骤：
[0021]S1、在衬底上制备所述栅电极；
[0022]S2、在所述栅电极上制备所述聚合物绝缘层；
[0023]S3、在所述聚合物绝缘层上制备所述有机半导体层；
[0024]S4、在所述有机半导体层上沉积金属得到所述源电极和所述漏电极。
[0025]步骤S1之前，所述方法还包括在所述衬底表面修饰十八烷基三氯硅烷的步骤；
[0026]采用液相法修饰所述十八烷基三氯硅烷。
[0027]上述的制备方法中，所述衬底可为硬质衬底，如硅、二氧化硅或石英玻璃，也可 为柔性衬底，如聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二酯；
[0028]步骤S1之前，所述方法还包括在所述衬底表面修饰十八烷基三氯硅烷的步骤；
[0029]采用液相法修饰所述十八烷基三氯硅烷，具体步骤如下：
[0030]将清洗后的所述衬底静置于食人鱼溶液中进一步清洗，然后将所述衬底经氧等离 子体处理后，置于放有十八烷基三氯硅烷的真空干燥箱内，并加热该真空干燥箱使十 八烷基三氯硅烷经真空热蒸发沉积到所述衬底上；再将所述衬底取出浸入三氯甲烷溶 液中进行超声处理，即在所述衬底表面修饰上十八烷基三氯硅烷；
[0031]所述氧等离子体处理的功率可为2～100W，时间可为10～100s。
[0032]上述的制备方法中，步骤S1中，采用旋涂或蒸镀的方式制备所述栅电极。
[0033]上述的制备方法中，步骤S2中，按照下述步骤制备所述聚合物绝缘层：
[0034]将所述聚乙烯亚胺和所述环氧树脂溶解于有机溶剂中得到混合溶液，将所述混合 溶液旋涂于所述栅极上，经固化即得；
[0035]所述有机溶剂可为氯仿、氯苯、甲苯或间二甲苯；
[0036]所述混合溶液中，所述聚乙烯亚胺PEI和所述环氧树脂EP的总的质量浓度可为 3～20％；
[0037]优选将所述混合溶液搅拌过夜以得到均匀溶液；
[0038]可采用PVDF过滤器旋涂所述混合溶液；
[0039]所述固化的条件为：温度为50～200℃，时间为0.5～5h，以促进交联反应。
[0040]上述的制备方法中，步骤S3中，采用液相沉积或气相真空蒸镀的方式制备所述 有机半导体层；
[0041]当所述有机半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性有机薄膜场效应晶体管，由下至上依次为栅电极、聚合物绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极；其特征在于：所述聚合物绝缘层由绝缘聚合物形成，厚度为100nm～20μm；所述绝缘聚合物为聚乙烯亚胺与环氧树脂的交联产物。2.根据权利要求1所述的柔性有机薄膜场效应晶体管，其特征在于：所述聚乙烯亚胺与所述环氧树脂的质量比为1：1～4；所述聚乙烯亚胺的分子量可为2000～200000；所述环氧树脂的分子量可为500～10000。3.根据权利要求1或2所述的柔性有机薄膜场效应晶体管，其特征在于：所述栅电极为金属电极、氧化物电极或聚合物电极；所述栅电极的厚度为20～100nm。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的柔性有机薄膜场效应晶体管，其特征在于：所述有机半导体层的材质为C8
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BTBT、TIPS
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并五苯、DPPT
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TT、DNTT、N2200或PIDTBT；所述有机半导体层的厚度为2～100nm；所述源电极和漏电极的材质均为金、银、铝或铜；所述源电极和漏电极的厚度均为20～100nm。5.权利要求1
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4中任一项所述柔性有机薄膜场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：S1、在衬底上制备所述栅电极；S2、在所述栅电极上制备所述聚合物绝缘层；S3、在所述聚合物绝缘层上制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤庆鑫，刘益春，童艳红，赵晓丽，张明鑫，张聪，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：