光稳有机场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了光稳有机场效应晶体管，在所述光稳有机场效应晶体管的导电沟道内或在所述导电沟道的上方/下方分布有极性粒子，其中，所述导电沟道为光稳有机场效应晶体管内有机半导体层靠近介电层一面起向远离该介电层方向厚度为1～3个有机半导体分子的全部或部分有机半导体层。本发明专利技术的光稳有机场效应晶体管在辐照高达410mW/cm2下也可保持有机场效应晶体管电学性能的稳定，晴朗天气的太阳光辐照光功率密度大概为138mW/cm2，本发明专利技术光稳有机场效应晶体管所获得的光稳数据远超已报道的光稳定有机场效应晶体管耐受光功率密度最高值和太阳光辐照强度，保证了基于有机场效应晶体管的可穿戴电子设备在光照环境中的稳定运行。管的可穿戴电子设备在光照环境中的稳定运行。管的可穿戴电子设备在光照环境中的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
光稳有机场效应晶体管


[0001]本专利技术属于有机场效应晶体管
，具体来说涉及一种光稳有机场效应晶体管。

技术介绍

[0002]有机场效应晶体管具有机械柔性、质量轻便、价格低廉等优势，是下一代柔性电子技术的核心元器件。随着技术的发展，目前有机场效应晶体管的某些性能参数已经超越了无定形硅。然而，经过三十多年的发展，仍然没有基于有机场效应晶体管的商业化产品问世，其主要瓶颈问题在于器件稳定性差。除了材料的化学结构稳定性和聚集态结构稳定性外，有机半导体在光照下发生的光电响应也会严重影响晶体管的电学稳定性，主要失稳形式表现为关态电流的上升和阈值电压的漂移。因此，需要降低有机场效应晶体管的光敏感性。
[0003]有机场效应晶体管的光电响应效率受有机半导体的光学带隙和缺陷密度决定，但大多数有机半导体的光学带隙处于自然光能量范围内，具有较强的光吸收。此外，有机场效应晶体管的半导体内部和半导体/介电层界面上不可避免地存在缺陷，特别是在多晶薄膜体系中(制备大面积有机场效应晶体管集成电路的首选方案)，缺陷密度非常大。大量的电荷缺陷将会促使光生激子的分离。因此，要设计一种普适性高、适用于多缺陷体系的光稳有机场效应晶体管是非常困难的。
[0004]目前已报道的解决方案包括构筑遮光层、设计宽带隙半导体分子、减少缺陷密度、促进激子重组等方案。但这些方案都存在一些问题，例如，构筑遮光层将使电路的设计和制备更加复杂；宽带隙半导体分子只能降低宽波段的光吸收，对低波段无效；减少缺陷密度(主要指制备有机半导体单晶和使用低表面能介电层)对于构筑大面积有机电路并不现实；促进激子重组的方案没有揭示清楚工作原理，因此不具有指导意义和普适性。此外，以上所有方案都只能使有机场效应晶体管在较低功率密度的光照下保持电学稳定，文献中已报道的光稳定有机场效应晶体管的耐受光功率密度最高值仅为69.6mW/cm2(Y.Moon,C.Lee,H.Kim,Y.Kim,Adv.Electron.Mater.2018,4.1800375.)远低于太阳光照射的光功率密度(约为138mW/cm2)，不能够保证基于有机场效应晶体管的可穿戴设备在自然光照射下稳定工作。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种光稳有机场效应晶体管。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现的。
[0007]一种光稳有机场效应晶体管，在所述光稳有机场效应晶体管的导电沟道内或在所述导电沟道的上方/下方分布有极性粒子，其中，所述导电沟道为光稳有机场效应晶体管内有机半导体层靠近介电层一面起向远离该介电层方向厚度为1～3个有机半导体分子的全部或部分有机半导体层。
[0008]在上述技术方案中，所述极性粒子为小分子极性分子、聚合物极性分子、有机盐和离子液体中的一种或多种的混合物。
[0009]在上述技术方案中，所述小分子极性分子为1,3,5
‑
三(1
‑
苯基
‑
1H
‑
苯并咪唑
‑2‑
基)苯(TPBi)，所述聚合物极性分子为聚丙烯酸(PAA)，所述有机盐为聚(苯乙烯磺酸钠)(PSSNa)，所述离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺(EMIM
‑
TFSI)。
[0010]在上述技术方案中，当在所述导电沟道的下方分布有极性粒子时，所述光稳有机场效应晶体管包括：栅极、介电层、极性粒子层、有机半导体层、源极和漏极，所述介电层覆盖在栅极的上表面，所述极性粒子层覆盖在所述介电层的上表面，所述有机半导体层覆盖在所述极性粒子层的上表面，所述源极和漏极设置在所述有机半导体层上，其中，所述极性粒子层由极性粒子紧密排列而成，所述极性粒子层的厚度为5nm～200nm，有机半导体层的厚度为3nm～200nm，制备所述极性粒子层的方法为旋涂法或蒸镀法。
[0011]在上述技术方案中，当在所述导电沟道的上方分布有极性粒子时，所述光稳有机场效应晶体管包括：栅极、介电层、有机半导体层、源极和漏极，所述介电层覆盖在栅极的上表面，所述有机半导体层覆盖在所述介电层的上表面，所述源极和漏极设置在所述有机半导体层上，其中，有机半导体层的厚度为3nm～200nm，所述极性粒子位于所述有机半导体层内，极性粒子的厚度为5
‑
10nm，制备所述光稳有机场效应晶体管时引入极性粒子的方法为蒸镀法或旋涂法。
[0012]在上述技术方案中，当在所述导电沟道的上方分布有极性粒子时，所述光稳有机场效应晶体管包括：栅极、介电层、有机半导体层、源极和漏极，所述介电层覆盖在栅极的上表面，所述有机半导体层覆盖在所述介电层的上表面，所述源极和漏极设置在所述有机半导体层上，其中，有机半导体层的厚度为3nm～5nm，所述极性粒子位于所述有机半导体层的上表面，极性粒子的厚度为5
‑
200nm，制备所述光稳有机场效应晶体管时引入极性粒子的方法为蒸镀法或旋涂法。
[0013]在上述技术方案中，当在所述导电沟道内分布有极性粒子时，所述光稳有机场效应晶体管包括：栅极、介电层、有机半导体层、源极和漏极，所述介电层覆盖在栅极的上表面，所述有机半导体层覆盖在所述介电层的上表面，所述源极和漏极设置在所述有机半导体层上，其中，有机半导体层的厚度为3nm～200nm，极性粒子的厚度小于或等于有机半导体层的厚度，制备所述光稳有机场效应晶体管时引入极性粒子的方法为共蒸法或旋涂法。
[0014]在上述技术方案中，所述有机半导体分子为小分子有机半导体或聚合物有机半导体。
[0015]小分子有机半导体为DPA(2,6
‑
二苯基蒽)、DNTT(双萘并[2,3
‑
b:2
’
,3
’‑
f]噻吩并[3,2
‑
b]噻吩)、并五苯、C60(富勒烯)、红萤烯和α
‑
六噻吩中的一种或多种的混合物。
[0016]聚合物有机半导体为P3HT(聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基))和PBTTT
‑
C14(聚[2,5
‑
双(3
‑
十四烷基噻吩
‑2‑
基)噻吩\[3,2
‑
b噻吩])中的一种或多种的混合物。
[0017]相比于现有技术，本专利技术的有益技术效果如下：
[0018]本专利技术光稳有机场效应晶体管通过在有机半导体层内的导电沟道的各个界面上引入极性粒子，使光生激子淬灭，从源头上抑制了光生载流子的形成，有机场效应晶体管所产生的光电流极低，转移曲线和输出曲线都表现出极高的稳定性，大幅增强有机场效应晶体管对光辐照的耐受性。
[0019]本专利技术的光稳有机场效应晶体管在辐照高达410mW/cm2下也可保持有机场效应晶体管电学性能的稳定，晴朗天气的太阳光辐照光功率密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光稳有机场效应晶体管，其特征在于，在所述光稳有机场效应晶体管的导电沟道内或在所述导电沟道的上方/下方分布有极性粒子，其中，所述导电沟道为光稳有机场效应晶体管内有机半导体层靠近介电层一面起向远离该介电层方向厚度为1～3个有机半导体分子的全部或部分有机半导体层。2.根据权利要求1所述的光稳有机场效应晶体管，其特征在于，所述极性粒子为小分子极性分子、聚合物极性分子、有机盐和离子液体中的一种或多种的混合物。3.根据权利要求2所述的光稳有机场效应晶体管，其特征在于，所述小分子极性分子为1,3,5
‑
三(1
‑
苯基
‑
1H
‑
苯并咪唑
‑2‑
基)苯，所述聚合物极性分子为聚丙烯酸，所述有机盐为聚(苯乙烯磺酸钠)，所述离子液体为1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺。4.根据权利要求1所述的光稳有机场效应晶体管，其特征在于，当在所述导电沟道的下方分布有极性粒子时，所述光稳有机场效应晶体管包括：栅极、介电层、极性粒子层、有机半导体层、源极和漏极，所述介电层覆盖在栅极的上表面，所述极性粒子层覆盖在所述介电层的上表面，所述有机半导体层覆盖在所述极性粒子层的上表面，所述源极和漏极设置在所述有机半导体层上，其中，所述极性粒子层由极性粒子紧密排列而成，所述极性粒子层的厚度为5nm～200nm，有机半导体层的厚度为3nm～200nm，制备所述极性粒子层的方法为旋涂法或蒸镀法。5.根据权利要求1所述的光稳有机场效应晶体管，其特征在于，当在所述导电沟道的上方分布有极性粒子时，所述光稳有机场效应晶体管包括：栅极、介电层、有机半导体层、源极和漏极，所述介电层覆盖在栅极的上表面，所述有机半导体层覆盖在所述介电层的上表面，所述源极和漏极设置在所述有机半导体层上，其中，有机半导体层的厚度为3nm～200nm，所述极性粒子位于所述有机半导体层内，极性粒子的厚度为5
‑
10nm，制备所述光稳有机场效应晶体管时引入极性粒子的方法为蒸镀法或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立强，王中武，陈小松，于丽，胡文平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：