【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机半导体，有机电子学领域，具体涉及一种制备高迁移率低陷阱密度的有机晶体管和集成电路的方法及其应用。
技术介绍
1、半导体是近代信息革命的基础，信息时代人类的生活、工作方式发生了深远变化，极大地提高了工作和社会运转效率，空前地丰富了人类的精神生活，从多方面深远的影响了社会发展。半导体传统上主要作为电子器件的cpu(中央处理器)，存储等核心单元的基础材料，运行工作环境单一、稳定。随着使用需求的增加，应用场景正在逐渐拓展，电子器件向着更微小，更便携，具柔性的方向发展，这对基础角色的半导体材料提出了更多的要求，因而丰富半导体材料种类，发展新型半导体成为必要的发展路线。有机半导体具有分子种类丰富，结构/性能易于调控的显著优势，其天然的柔性特征使得研究人员关注其在柔性电子器件方面的潜力。经过三十多年的发展，有机半导体的导电能力提高了几个数量级，目前获得领域内广泛认可的性能(p型和n型) 已经超过10cm2·v-1·s-1，这表明在性能方面已经基本满足实际应用的需求。
2、未来柔性电子将更多的与生物体/人体相结合，生物学信号作为输入端信号具有信号形态复杂，电压/电流微弱，外界干扰多的特点，因而对信噪比有很高要求，这要求电子器件本身可以在更小电流，更低电压下工作，实现工作状态的电学阈值更低，这一方面要求器件更高的迁移率，另一方面器件自身的陷阱密度更低。有机半导体本征性能偏低，因为发展高性能的单晶态低陷阱密度的有机半导体是实现目标的重要途径。
3、晶体管器件是功能电路和集成电路的最基本元器件，其工作原理决定
4、有机半导体和介电层界面质量以往主要从生长方法、过程调控等方面进行优化，更多的调控策略亟待发展，从而改善界面质量，将低陷阱密度，提高器件性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种制备高迁移率低陷阱密度的有机晶体管和集成电路的方法及其应用，本专利技术采用非对称的有机半导体分子作为活性层，制备的晶体管具有高器件性能(高迁移率，低亚阈值摆幅)，通过器件噪声测试显示归一化噪声功率谱密度与石墨烯、碳纳米管、过渡金属二硫族化合物等在相近水平，显示出超低的界面陷阱密度，这对于未来用于检测、捕捉生命体信号的柔性电子具有重要意义。
2、本专利技术提供一种制备高迁移率低陷阱密度的有机晶体管和集成电路的方法，是使用非对称有机半导体分子作为活性层，制备的晶体管具有超低界面陷阱密度。
3、所述非对称有机半导体分子基本结构如下所示，分为两种类型：
4、类型1为共轭核心π通过链接单元与芳香取代基a连接；
5、类型2在类型1的基础上，共轭核心π的另一侧为烷基取代。
6、
7、所述类型1和类型2中，所述共轭核心π为所示i中结构。
8、所述类型1和类型2中，所述芳香取代基a为所示ii中结构。
9、所述类型1和类型2中，所述链接单元为所示iii中三类结构。
10、所述类型2中，所述烷基取代基选自下述任意基团：碳原子总数为1-24的直链(优选c4-c12)，叉链，环烷基链所涉及的烷基基团，烷基上含有s,o,n等杂原子的烷基链基团，以及烷基链中含有酯基的基团。
11、
12、具体的，所述类型1可选自下述任意化合物：
13、
14、具体的，所述类型2可选自下述任意化合物：
15、
16、上述策略中涉及高迁移率低陷阱密度的有机半导体材料生长方法，说明如下:
17、使用物理气相传输法生长，在管式炉内，有机半导体分子粉末为生长源，置于石英舟内放置于高温升华区，使材料在高温下升华，在载气的流动下传输到低温结晶区，在介电层上结晶沉积生长，即得到相应有机半导体分子单晶。
18、上述的生长方法中，所述方法中的有机半导体分子粉末，对于过于蓬松的粉末，还包括将所述有机半导体粉末压制成片状之后再置于所述石英舟内的步骤，上述压制的目的是增加粉末密度，有效控制升华速率和精确控制样品的生长速率。
19、上述的生长方法中，所述物理气相传输法的条件如下：温度可为150-350℃，具体可为200℃；时间可为0.1h～10h，具体可为1h或3h～5h；载气为惰性气体(氩气、氮气)；所述载气的流速可为10～50sccm，具体可为20～30sccm或50sccm。
20、上述的生长方法中，所述介电层包括硅氧化物(sio2)、高介电常数k的金属氧化物(alox,hfox,tiox,zrox,hfzrox)以及这些氧化物(硅氧化物、金属氧化物)修饰了自组装(sam)层的复合介电层，聚合物介电层(cytop,bcb,pmma,ps,pi,pen)。
21、上述的生长方法中，硅氧化物的自组装层包括碳原子总数为1-24的直链，叉链，环烷基链所涉及的烷基三氯硅烷，烷基上含有f元素、苯基取代的烷基三氯硅烷，以及苯基三氯硅烷，具体可为十八烷基三氯硅烷(ots)。金属氧化物的自组装层包括碳原子总数为1-24的直链，叉链，环烷基链所涉及的烷基膦酸，烷基上含有f元素、苯基取代的烷基膦酸，以及苯基膦酸，具体可为十四烷基膦酸、十八烷基膦酸。
22、本专利技术所述的高迁移率低陷阱密度的有机晶体管可以是底栅顶接触构型晶体管器件也可以是顶栅顶接触构型晶体管器件。
23、所述底栅顶接触构型晶体管器件，器件自下而上依次为衬底、栅极、介电层、非对称有机半导体分子晶体层(活性层)及源漏电极。
24、所述顶栅顶接触构型晶体管器件，器件自下而上依次为衬底、非对称有机半导体分子晶体层(活性层)、源漏电极、介电层及栅极。
25、本专利技术还提供了高迁移率低陷阱密度的有机晶体管的制备方法。
26、本专利技术所提供的高迁移率低陷阱密度的有机晶体管的制备方法，包括下述步骤：
27、在衬底上制备栅极电极，在栅极电极上制备介电层，将上述非对称有机半导体分子晶体生长于介电层上，通过转移金属电极或者蒸镀金属的方法制备源漏电极，完成底栅顶接触构型晶体管器件；
28、或，将上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高迁移率低陷阱密度的有机晶体管，其特征在于：使用非对称有机半导体分子晶体作为活性层；
2.根据权利要求1所述的高迁移率低陷阱密度的有机晶体管，其特征在于：所述非对称有机半导体分子基本结构选自下述任意化合物：
3.根据权利要求1或2所述的高迁移率低陷阱密度的有机晶体管，其特征在于：
4.权利要求3所述高迁移率低陷阱密度的有机晶体管的制备方法，包括下述步骤：
5.根据权利要求4所述的指标方法，其特征在于：所述金属电极种类包括Au,Ag,Cu,Cr,Al,Ti；
6.一种高迁移率低陷阱密度的有机半导体材料的生长方法，包括下述步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：
9.权利要求1中所述非对称有机半导体分子晶体在制备晶体管器件中的应用。
10.权利要求1中所述非对称有机半导体分子晶体或晶体管器件在制备有机集成电路中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种高迁移率低陷阱密度的有机晶体管，其特征在于：使用非对称有机半导体分子晶体作为活性层；
2.根据权利要求1所述的高迁移率低陷阱密度的有机晶体管，其特征在于：所述非对称有机半导体分子基本结构选自下述任意化合物：
3.根据权利要求1或2所述的高迁移率低陷阱密度的有机晶体管，其特征在于：
4.权利要求3所述高迁移率低陷阱密度的有机晶体管的制备方法，包括下述步骤：
5.根据权利要求4所述的指标方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：江浪，师晓松，刘洁，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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