一种有机场效应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有机场效应晶体管及其制备方法与应用。该有机场效应晶体管包括衬底、位于所述衬底上的栅极电极、位于所述栅极电极上的由无机材料制成的绝缘层、位于所述绝缘层上的聚合物层、位于所述聚合物层上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层上的源漏电极。该有机场效应晶体管使单个晶体管拥有多于２比特的存储能力，增加了单位面积上的信息存储密度，从而更进一步的降低存储器件的成本；且聚合物层来源广泛，制备工艺简单，成本低；对光源要求不高，而且对材料损伤很小。本发明专利技术的有机场效应晶体管可作为多比特存储器应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机场效应晶体管及其制备方法与应用。
技术介绍
逻辑电路和存储电路是电子产品最基本的组成部分。这些基本单元的发展基本 上都是围绕成本降低来进行的。其中记忆单元降低成本的方法通常有两种 一是通 过縮小单个存储单元的尺寸，二是在同一个存储单元上实现多于一个比特的存储。 由于縮小尺寸受到光刻技术的限制，因此人们将更多的目光转移到了多比特存储器 件上，从而实现高密度的存储。多比特存储的目标就是在一个晶体管中实现2个 阈值电压，从而得到n比特的存储效果。具有多比特存储效应的硅基晶体管，以其 高度的集成性已经被广泛应用。另一方面有机场效应晶体管由于在柔性显示，有机集成电路等方面的潜在应用 前景引起了人们广泛的研究兴趣。自从上世纪80年代有机场效应晶体管专利技术以来 (Tsumura, A.; Koezuka, H.; Ando, T. Appl. Phys. Lett. 1986, 49, 1210)，有丰几场效应 晶体管以其自身独特优点，主要包括其制备工艺简单、成本低廉、重量轻、柔韧性 好等吸引着人们的目光。近几年来，有机场效应晶体管在材料(有机半导体材料， 电极材料，绝缘层材料)、器件性能和其应用的开发等各方面均取得了长足的发展。 目前，基于有机半导体的场效应晶体管的主要性能指标(迁移率和开关比)已经达 到和无定形硅器件性能相媲美的程度(Nelson, S. F.; Lin, Y. Y.; Gundlach, D. J.; Jackson, T. N. Appl. Phys. Lett. 1998， 72， 1854)，这使得有机场效应晶体管具备了走向 应用的基本要素。另一方面有机材料的独特的光电性质使其在光开关，光传感器等 方面有了很大的发展，但是将光学性质与晶体管的存储性质相结合的研究还相对较 少。具有存储效应的有机场效应晶体管以其简单的制备工艺，易柔性化等特点，成 为进一步降低信息存储成本的又一有效途径，因此如何实现有机场效应晶体管的信 息存储研究具有十分重要的意义。近来，人们采用各种手段来实现这一目的，例如 利用具有铁电性能的含氟聚合物(R. Schroeder, L. A. Majewski, M. Grell, Adv. Mater. 2004， 16, 633.)，有介电性能的聚合物材料聚乙烯醇(Th. B. Singh, N. Marjanovic, G. J.Matt, N. S. Sariciftci， R. Schw6diauer, S. Bauer， Appl. Phys, Lett. 2004, 85, 5409,)和聚 对甲基苯乙烯(K. —J. Baeg， Y. -Y. Noh, J. Ghim, S. -J. Kang, H. Lee， D. -Y. Kim， Adv. Mater. 2006， 18, 3179.)等采用不同的操作方法将电信号写入聚合物材料实现了有机 晶体管的信息存储，但是这些研究都是基于单比特存储所进行的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有机场效应晶体管及其制备方法。 本专利技术所提供的有机场效应晶体管，包括衬底、位于所述衬底上的栅极电极、 位于所述栅极电极上的由无机材料制成的绝缘层、位于所述绝缘层上的聚合物层、 位于所述聚合物层上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层上的源漏电极。 本专利技术所提供的制备有机场效应晶体管的方法，包括以下步骤1) 在衬底上沉积栅极电极、然后在栅极电极上沉积由无机材料制成的绝缘层；2) 将沉积有栅极电极和绝缘层的衬底，依次用去离子水、乙醇、丙酮超声清 洗后烘干，然后用甩膜法将聚合物溶液旋涂于绝缘层表面，烘干，得到了聚合物层;3) 在步骤2)制备的聚合物层上采用有机物成膜方法制备有机半导体层；4) 在步骤3)制备的有机半导体层上制备源电极和漏电极，得到有机场效应晶 体管。所述方法还包括活化的步骤在光能量密度为0.01 10毫瓦每平方厘米的可见 光照射下，在大气环境和室温条件下对所述步骤4)的有机场效应晶体管的阈值电 压进行调控。其中，所述衬底是由下述四种材料中的一种制成玻璃、陶瓷、聚合物和硅片。 所述聚合物层由下述三种材料中的一种或其任意组合制成聚苯乙烯，聚丙烯酸甲酯和聚碳酸酯；所述聚合物层的厚度10 100纳米。所述有机半导体层是由有机小分子材料和/或高分子材料构成；所述有机小分子材料优选为并五苯或酞菁铜;所述有机物成膜方法为下述四种方法中的一种真空蒸镀法、甩膜法、滴膜法和印刷法；所述有机半导体层的厚度为10 150纳米。经活化后的有机场效应晶体管也属于本专利技术的保护内容。 本专利技术所提供的有机场效应晶体管以及经活化后的有机场效应晶体管可作为本专利技术具有以下特点和优点1、本专利技术所制备的有机场效应晶体管使单个晶体管拥有多于2比特的存储能力，增加单位面积上的信息存储密度，从而更进一步的降低存储器件的成本；2、 可见光辅助有机场效应晶体管多比特存储方法是一种简单的新型信息存储 方法；3、 聚合物层来源广泛，制备工艺简单，成本低；4、 对光源要求不高，而且对材料损伤很小。 附图说明图1为本专利技术的基于可见光辅助有机场效应晶体管的结构示意图。 图2为本专利技术所用可见光的光谱图。图3为本专利技术的有机场效应晶体管在可见光辅助作用下，在各层间光生激子分 离，电子产生，俘获；在无光条件下释放；空穴的俘获，释放的各个过程。图4为实施例1制备的以聚苯乙烯为聚合物层的基于光辅助并五苯的有机场效 应晶体管在一定能量可见光的作用下，采用不同起始扫描栅压得到的转移曲线。图5为实施例1制备的以聚苯乙烯为聚合物层的基于光辅助并五苯的有机场效 应晶体管在经过图4过程后，关闭光源，然后进行电信号写入的过程，分别得到了 S1，S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8八个阈值电压值的转移曲线。图6为实施例2制备的以聚丙烯酸甲酯为聚合物层的基于光辅助并五苯的有机 场效应晶体管在经过图4过程后，关闭光源，然后进行电信号写入的过程，分别得 到了 S1，S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8八个阈值电压值的转移曲线。图7为实施例1制备的以聚苯乙烯为聚合物层的基于光辅助酞菁铜的有机场效 应晶体管在经过图4过程后，关闭光源，然后进行电信号写入的过程，分别得到了 S1，S2,S3，S4，S5,S6，S7,S8八个阈值电压值的转移曲线。图8为实施例1制备的以聚丙烯酸甲酯为聚合物层的基于光辅助酞菁铜的有机 场效应晶体管在经过图4过程后，关闭光源，然后进行电信号写入的过程，分别得 到了 S1,S2，S3,S4，S5,S6,S7七个阈值电压值的转移曲线。 具体实施例方式本专利技术的可见光辅助的有机场效应晶体管，其中有机场效应晶体管为上电极结 构，包括衬底、栅极电极、绝缘层、源漏电极和有机半导体层，如图l所示；其绝 缘层为聚合物修饰的无机绝缘层，该层也是信息存储的部分；其所述可见光的光能 量密度为0.01 10毫瓦每平方厘米，其光谱如图2所示。所述衬底，是由玻璃、陶瓷、聚合物和硅片中的一种制成。所述栅极电极，是由具有低电阻的材料构成，包括金、银、铝、铜等各种金属 及合金材料以及金属氧化物(如氧化铟锡)导电材料，沉积方法可以是真空热蒸镀、 磁控溅射、等离子体增强的化学气相沉积等各种沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机场效应晶体管，包括衬底、位于所述衬底上的栅极电极、位于所述栅极电极上的由无机材料制成的绝缘层、位于所述绝缘层上的聚合物层、位于所述聚合物层上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层上的源漏电极。

【技术特征摘要】
1、一种有机场效应晶体管，包括衬底、位于所述衬底上的栅极电极、位于所述栅极电极上的由无机材料制成的绝缘层、位于所述绝缘层上的聚合物层、位于所述聚合物层上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层上的源漏电极。2、 根据权利要求l所述的有机场效应晶体管，其特征在于所述衬底是由下 述四种材料中的一种制成玻璃、陶瓷、聚合物和硅片。3、 根据权利要求1或2所述的有机场效应晶体管，其特征在于所述聚合物 层由下述三种材料中的一种或其任意组合制成聚苯乙烯，聚丙烯酸甲酯和聚碳酸酯；所述聚合物层的厚度为10-100nm。4、 根据权利要求1-3中任一所述的有机场效应晶体管，其特征在于所述有机 半导体层是由有机小分子材料和/或高分子材料构成；所述有机小分子材料优选为 并五苯或酞菁铜；所述有机半导体层的厚度为10-150nm。5、 一种制备权利要求1-4中任一所述的有机场效应晶体管的方法，包括以下 步骤1) 在衬底上沉积栅极电极、然后在栅极电极上沉积由无机材料制成的绝缘层；2) 将沉积有栅极电极和绝缘层的衬底，依次用去离子水、乙醇、丙酮超声清 洗后烘干，然后用甩膜法将聚合物溶液旋涂于绝缘层表面，烘...

【专利技术属性】
技术研发人员：于贵，郭云龙，狄重安，刘云圻，朱道本，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]