【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机电化学晶体管，具体涉及一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、有机场效应晶体管(ofet)是利用介电质在栅压下出现的极化，进而半导体层表面诱导载流子的出现导致电导的变化；区别于ofet，有机电化学晶体管(oect)则是栅极电场驱动电解质中离子嵌入有机半导体中，诱导载流子的出现实现电导变化。因此，相较于ofet载流子只存在半导体和介电质的界面处，oect实现了整个半导体层的掺杂，因此oect器件相较于ofet具有更高的电流放大能力(即跨导)和更低的工作电压。
2、目前已有相关的研究，例如中国专利申请号cn202210168448.9公开了一种全固态有机电化学晶体管及其制备方法，该全固态有机电化学晶体管从下到上依次包括柔性衬底层，电极层和离子凝胶电解质层；所述电极包括源电极、漏电极和栅电极；所述源电极、漏电极的上方设置多层多孔半导体层，栅电极上方为离子凝胶电解质层；通过在多层多孔半导体薄上滴覆由聚合物和离子液体按比例混合的离子凝胶电解质层，能够在保证半导体活性层与离子凝胶电解质层具有较大的接触面积的同时，增加电解质离子的注入率，优化器件的跨导。
3、现有的oect存在一些不足，常规的oect使用离子溶液作为电解质，对器件制备与封装带来了较多挑战，并且溶液的挥发问题所带来的离子浓度波动，对器件性能带来了较大的影响。离子凝胶是一类由离子液体溶胀的聚合物网络，由于离子液体的室温零挥发、高度热稳定、宽电化学窗口、优异的离子电导率等优势，作为有机电化学晶体管的电解质层可
4、然而目前研究广泛的有机电化学晶体管基于单一金属材料的栅电极，由于在电极处的氧化还原反应，即电极的极化导致实际作用于电解质用于离子迁移的栅压下降，造成栅极调制能力下降，即器件跨导性能降低，工作需要更高的栅压，也增加了能耗。
技术实现思路
1、针对现有的电极的极化导致实际作用于电解质用于离子迁移的栅压下降，造成栅极调制能力下降，即器件跨导性能降低，工作需要更高的栅压，也增加了能耗的问题，本专利技术提供了一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管及其制备方法，是一种具有高跨导的离子凝胶基全固态有机电化学晶体管及其制备方法，本专利技术使用掺杂聚合物半导体覆盖金属电极上方做侧栅电极，相较于常规单一金属电极增加了栅极对于沟道电导的调制能力，增大了器件跨导，显著降低了器件的工作电压。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管，从下到上依次包括绝缘基底、电极、聚合物半导体和离子凝胶；
4、所述的电极包括源极、漏极和掺杂聚合物半导体覆盖金属电极组成的侧栅电极；所述掺杂聚合物半导体由旋涂在金属电极上方的聚合物半导体经过掺杂剂溶液顺序掺杂后得到；
5、所述的聚合物半导体设置于源极和漏极构成的沟道上方并与绝缘基底接触；
6、所述离子凝胶与沟道上表面接触且延申至侧栅电极上表面；所述离子凝胶的材质由聚合物基质和离子液体制成。
7、进一步的，所述的绝缘基底，其材料选自玻璃、二氧化硅、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的一种。
8、进一步的，所述的源极、漏极和金属电极，其材料选自金、铂、银、铝和铬的一种或者几种。
9、进一步的，所述的聚合物半导体，选自聚三己基噻吩(p3ht)或聚2,5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)噻吩\[3,2-b噻吩](pbttt)，聚合物半导体形成的薄膜厚度范围为50-300nm。
10、进一步的，所述的离子凝胶包括离子液体和聚合物基质，离子凝胶形成的薄膜的厚度为100-2000μm。
11、进一步的，所述的离子液体，选自1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二乙基甲基-(2-甲氧乙基)铵基双(三氟甲磺酰基)酰亚胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺中的一种。
12、进一步的，所述的聚合物基质，选自聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)、聚(苯乙烯-b-甲基丙烯酸甲酯-b-苯乙烯)、聚氧化乙烯、聚丙烯腈中的一种。
13、进一步的，所述的掺杂剂溶液由掺杂剂分子和溶剂组成，掺杂剂分子和溶剂的质量比为0.1-5wt％；所述的掺杂剂分子选自f6tcnnq，f4tcnq，f2tcnq，fecl3中的一种；所述的溶剂，选自乙腈、1-乙基-3-甲基咪唑啉双(三氟甲基磺酰基)亚胺、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二乙基甲基-(2-甲氧乙基)铵基双(三氟甲磺酰基)酰亚胺、1-丁基-1-甲基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺中的一种。
14、本专利技术所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管，在栅极电压-1v便已经达到了非常高的电流值，因此大大降低了器件的工作电压，并且通过对转移曲线求微分来计算器件的跨导值，优化器件跨导达到13ms，高于金属栅电极器件的5.3ms，并且器件pbttt的器件开态电流达到10-2a，关态小于10-5a，器件在0v开启，具有优异的工作性能。
15、本专利技术还涉及上述一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，包括以下步骤：
16、s1、准备洁净的绝缘基底：
17、s2、在上步骤得到的绝缘基底的上表面一侧蒸镀沉积金属侧栅电极，另一侧蒸镀沉积具有沟道的源极和漏极；
18、s3、在上步骤得到的源极和漏极的沟道区域和金属侧栅电极上旋涂聚合物半导体的溶液以制备聚合物半导体；
19、s4、将掺杂剂溶液滴加在侧栅电极处的聚合物半导体上对其进行掺杂，吸走多余的掺杂剂溶液，得到掺杂聚合物半导体的侧栅；
20、s5、将离子凝胶形成的薄膜转移到源极和漏极的沟道上表面区域且和侧栅电极连接，得到一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管；
21、所述的离子凝胶形成的薄膜的制备原料包括离子液体、聚合物基质和溶剂，其中离子液体、溶剂和聚合物基质的质量比为(3-5)：(0.5-2)：(6-10)；所述溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯中的一种；
22、所述的离子凝胶形成的薄膜的制备步骤包括：
23、将离子液体、溶剂和聚合物基质混合，在50-80℃下加热1-4h得到混合溶液；将混合溶液旋涂在玻璃片上，旋涂转速300-800rqm，旋涂时间30-60s，得到电解质薄膜；将电解质薄膜在真空烘箱中60-80℃下加热12-24h后，裁剪成能够覆盖住沟道区域和侧栅电极的长条形。
24、进一步的，步骤s1所述的准备洁净的绝缘基底的方法为：用去离子水、丙酮、异丙醇和乙醇中的一种或多种的混合(混合时为任意比例)，对绝缘基底进行超声清洗，然后氮气吹扫后，烘干，用紫外臭氧处理烘干后的绝缘基底，得到洁净的绝缘基底。
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1.一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管，其特征在于：从下到上依次包括绝缘基底、电极、聚合物半导体和离子凝胶；
2.权利要求1所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：步骤S1所述的准备洁净的绝缘基底的方法为：用去离子水、丙酮、异丙醇和乙醇中的一种或多种的混合，混合时为任意比例，对绝缘基底进行超声清洗，然后氮气吹扫后，烘干，用紫外臭氧处理烘干后的绝缘基底，得到洁净的绝缘基底。
4.根据权利要求2所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：步骤S3所述的的聚合物半导体的溶液，其中使用的溶剂为甲苯、氯苯、邻二氯苯、对二氯苯和氯仿中的一种；所述聚合物半导体溶液的浓度为0.5-20mg·mL-1。
5.根据权利要求2所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：所述聚合物半导体的制备步骤包括：将聚三己基噻吩或聚2,5-双(3-十四烷基噻吩-2-基)
6.根据权利要求2所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：步骤S4具体操作是：将掺杂剂溶液滴加在栅极金属电极上的聚合物半导体区域，滴加量为1-5μL，掺杂时间10-600s，掺杂温度50-70℃，再使用棉签将多余的掺杂剂溶液吸取走，获得掺杂聚合物半导体材料的侧栅。
...【技术特征摘要】
1.一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管，其特征在于：从下到上依次包括绝缘基底、电极、聚合物半导体和离子凝胶；
2.权利要求1所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：步骤s1所述的准备洁净的绝缘基底的方法为：用去离子水、丙酮、异丙醇和乙醇中的一种或多种的混合，混合时为任意比例，对绝缘基底进行超声清洗，然后氮气吹扫后，烘干，用紫外臭氧处理烘干后的绝缘基底，得到洁净的绝缘基底。
4.根据权利要求2所述的一种高跨导离子凝胶基全固态有机电化学晶体管的制备方法，其特征在于：步骤s3所述的的聚合物半导体的溶液，其中使用的溶剂为甲苯、氯苯、邻二氯苯、对二氯苯和氯仿中的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，殷小东，程海峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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