N型有机薄膜晶体管、双载子场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术是有关于一种N型有机薄膜晶体管、双载子场效应晶体管、及其制备方法，该N型有机薄膜晶体管包括：一基板；一栅极，是设置于该基板上；一栅极介电层，是覆盖该栅极，且该栅极介电层的材质是蚕丝蛋白；一缓冲层，是设置于该栅极介电层上，且该缓冲层的材质是五苯环；一N型有机半导体层，是设置于该缓冲层上；以及一源极与一漏极，其中，该N型有机半导体层、该缓冲层、该源极、以及该漏极是配置于该栅极介电层上方。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种，尤指一种使用蚕丝蛋白作为栅极介电层的N型有机薄膜晶体管、双载子场效应晶体管、及其制备方法。
技术介绍
晶体管(transistor)是近代电子电路的核心元件，他的主要功能是做电流的开关，就如同控制水管中水流量的阀(valve)。和一般机械开关不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常快。晶体管种类很多，依工作原理可大致分为双载子晶体管(bipolar junction transistor,BJT)和场效晶体管(field effect transistor,FET) 场效晶体管又包含了 N型有机薄膜晶体管、及P型有机薄膜晶体管等。以目前技术阶段而言，一般N型有机薄膜晶体管的电子迁移率比P型有机薄膜晶体管的电洞迁移率要小很多(例如，大部份N型有机薄膜晶体管的电子迁移率仅在lcm2/Vs以下)。然而，由于CMOS元件需同时含有P型以及N型两种有机薄膜晶体管，因此N型有机薄膜晶体管的研发，变得很重要。一般而言，有机薄膜晶体管(不论是N型或P型有机薄膜晶体管)可依照结构分为上接触式有机薄膜晶体管及下接触式有机薄膜晶体管。如图1A所示，上接触式有机薄膜晶体管包括:一基板10 ;—栅极11，是配置基板10上；一栅极介电层12，是配置于基板11上且覆盖栅极11 ;一有机半导体层13，是完全覆盖栅极介电层12 ;以及一源极14与一漏极15,是配置于有机半导体层13上。此外，如图1B所示，下接触式有机薄膜晶体管包括:一基板10 ;—栅极11，是配置基板10上；一栅极介电层12，是配置于基板10上且覆盖栅极11 ;一源极14与一漏极15，是配置于栅极介电层12上；以及一有机半导体层13，是完全覆盖栅极介电层12、源极14以及漏极15。而关于机薄膜晶体管的材料的开发，根据文献报导，由于碳60具有高电子迁移率，可当作N型有机薄膜晶体管的半导体层材料，2006年Kenji Itaka等人利用氧化铝做作为介电层，并通过五苯环缓冲层来提升碳60有机薄膜晶体管的性能(Kenji Itaka,*Mitsugu Yamashiro, Jun Yamaguchi, Masamitsu Haemori, Seiichiro Yaginuma, YujiMatsumoto, Michio Kondo, and Hideomi Koinuma，“High-Mobility C60Field_EffectTransistors Fabricated on Molecular-Wetting Controlled Substrates，，Adv.Mater.2006，18，1713-1716.)，在真空下量测电子迁移率，可达到4.91cm2/Vs。可惜的是，碳60有机薄膜晶体管，因碳60薄膜不够致密，水或氧容易吸附或扩散进入碳60薄膜，在空气中不稳定，信赖性较差，因此较不具产业价值。同年，Thomas D.Anthopoulosa等人利用二乙烯四甲基二娃氧烧-二(苯并环丁烯)(Divinyltetramethyldisiloxane-bis (benzocyclobutene), BCB)作为介电层，并在蒸镀时，提高基板温度来提升碳60有机薄膜晶体管的性能(Thomas D.Anthopoulosa_Birendra Singh, Nenad Marjanovic, Niyazi S.Sariciftci, Alberto Montaigne Ramil,Helmut Sitter，Michael Colle andDago M.de Leeuw，，，High performance n-channelorganic field-effect transistors and ring oscillators based on C60fullerenefilms^APPLIED PHYSICS LETTERS 89,213504(2006))。其在氮气氛围下量测电子迀移率，可达到6cm2/Vs。然而，此种碳60有机薄膜晶体管，碳60薄膜仍不够致密，在空气中不稳定，无法提升信赖性，因此仍不具产业价值。此外，目前已有研究显示，蚕丝蛋白是为一种新的介电层材料，蚕丝蛋白是自蚕丝萃取得到的丝心蛋白(fibroin)，可有效提升P型有机薄膜晶体管电洞迁移率的介电层材14 (C.-H.Wang, C.-Y.Hsieh,and J.-C.Hwang, flexible organic thin film transistorswith silk fibroin as gate dielectric，，Advanced Materials 23，1630-1634(2011))。但使用蚕丝蛋白所制作的五苯环有机薄膜晶体管，仅可作为P型晶体管(元件特性为P型)，而非N型晶体管。此外，于Hagen Klauk 所提出的文献中(“Organic thin-film transistors”，Chem.Soc.Rev.，39，2643-2666 (2010))第2605页的左栏有提到，关于N型有机薄膜晶体管，目前仍尚未有新的材料及/或结构可有效提升碳60-N型有机薄膜晶体管的电子迁移率以及增强其在空气中的稳定性。因此，本领域目前亟需研发合适的材料及/或结构，能以简单且便宜的制作方法，制作出N型有机薄膜晶体管、以及具极佳效率的CMOS元件，使可大幅提升N型有机薄膜晶体管的电子迁移率。另一方面,双载子场效应晶体管(Ambipolar field-effect Transistor)亦为晶体管的一种，其同时具有电子及电洞传输机制，结构上与有机薄膜晶体管相似，但元件特性稍微不同。因此，若能同时开发出新的材料及/或结构，而同时应用于双载子场效应晶体管以及N型有机薄膜晶体管，并可具有高稳定性、信赖性、及载子迁移率，并可实际上大量生产，则可具有非常大的商业价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种N型有机薄膜晶体管，其是包括:一基板；一栅极，是设置于该基板上；一栅极介电层，是覆盖该栅极，且该栅极介电层的材质是蚕丝蛋白；一缓冲层，是设置于该栅极介电层上，且该缓冲层的材质是五苯环；一 N型有机半导体层，是设置于该缓冲层上；以及一源极与一漏极，其中，该N型有机半导体层、该缓冲层、该源极、以及该漏极是配置于该栅极介电层上方。在本专利技术中，使用蚕丝蛋白来做为介电层材料，有几项特点:(一)提高晶体管电子迁移率；(二)可挠曲；以及(三)稳定性佳。本专利技术利用蚕丝蛋白作为栅极介电层，可以大幅提升五苯环的薄膜结晶性，使得N型薄膜晶体管的电子迁移率大幅度提升。因此，本专利技术的N型有机薄膜晶体管可以应用于软性电子产品上。并且，本专利技术为本领域首先将可挠的蚕丝蛋白使用于N型碳60有机薄膜晶体管的技术。 蚕丝蛋白具有可挠性以及价格便宜的特性，故可视为一种极佳的软性电子元件的介电材料。本专利技术是以蚕丝蛋白膜为栅极介电层，在其上镀上五苯环(缓冲层)以及碳 60、PTCD1-C8(N，N '-联苯 _3，4，9，10-芘二甲西先亚胺(N，N ' -D10CTYL-3，4，9，10-PERYLENEDICARB0XIMIDE))、或其它相似物等N型有机半导体层，制作出N型有机薄膜晶体管。此N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N型有机薄膜晶体管，其特征在于，包括：一基板；一栅极，是设置于该基板上；一栅极介电层，是覆盖该栅极，且该栅极介电层的材质是蚕丝蛋白；一缓冲层，是设置于该栅极介电层上，且该缓冲层的材质是五苯环；一N型有机半导体层，是设置于该缓冲层上；以及一源极与一漏极，其中，该N型有机半导体层、该缓冲层、该源极、以及该漏极是配置于该栅极介电层上方。

【技术特征摘要】
2011.12.13 TW 1001460571.一种N型有机薄膜晶体管，其特征在于，包括: 一基板； 一栅极，是设置于该基板上； 一栅极介电层，是覆盖该栅极，且该栅极介电层的材质是蚕丝蛋白； 一缓冲层，是设置于该栅极介电层上，且该缓冲层的材质是五苯环； 一 N型有机半导体层，是设置于该缓冲层上；以及 一源极与一漏极， 其中，该N型有机半导体层、该缓冲层、该源极、以及该漏极是配置于该栅极介电层上方。2.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，该蚕丝蛋白为丝心蛋白(fibroin)。3.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，该栅极介电层具有一单层结构或一多层结构。4.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，该N型有机半导体层的材质是碳 60 或 PTCD1-C8(N，N'-联苯 _3，4，9，10-芘二甲西先亚胺(N，N' -D10CTYL-3，4，9，10-PERYLENEDICARB0XIMIDE))ο5.如权利要求1所述的 N型有机薄膜晶体管，其特征在于，该缓冲层的厚度是lnm-20nm,该N型有机半导体层的厚度是10nm_150nm。6.如权利要求4所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，当使用碳60作为N型有机半导体层时，该有机薄膜晶体管的电子迁移率是7cm2/VS-15cm2/VS。7.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，该栅极介电层的厚度是100nm-800nmo8.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，当该N型有机薄膜晶体管为一上接触式N型有机薄膜晶体管时，该N型有机半导体层是完全覆盖该缓冲层，该缓冲层是完全覆盖该栅极介电层，而该源极与该漏极是配置于该N型有机半导体层上。9.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，当该N型有机薄膜晶体管为一下接触式N型有机薄膜晶体管时，该源极与该漏极是配置于该缓冲层与该栅极介电层之间，使该缓冲层是覆盖该部分的栅极介电层、该源极、以及该漏极。10.如权利要求1所述的N型有机薄膜晶体管，其特征在于，该基板是选自由:一塑料基板、一玻璃基板、一石英基板、一娃基板、及一纸基板所组成的群组。11.一种N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤: (A)提供一基板； (B)形成一栅极于该基板上； (C)形成一栅极介电层使覆盖该栅极，且该栅极介电层的材质是蚕丝蛋白；以及 (D)形成一包含有一缓冲层以及一N型有机半导体层的双层结构、一源极、以及一漏极于该栅极介电层上； 其中，该缓冲层的材质是五苯环。12.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(D)中，该N型有机半导体层的材质是碳60或PT⑶1-C8。13.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，步骤(D)中，N型有机半导体层是以蒸镀方法形成，且蒸镀的基板温度是25°C -100°C。14.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该步骤(C)包括以下步骤: (Cl)提供一蚕丝蛋白溶液； (C2)涂布该蚕丝蛋白溶液于该形成有栅极的基板上，或将该形成有栅极的基板浸泡于该蚕丝蛋白溶液中；以及 (C3)干燥该涂布于基板的蚕丝蛋白溶液，以于该基板及该栅极上形成一栅极介电层。15.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该步骤(C)的蚕丝蛋白是丝心蛋白。16.如权利要求14所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该步骤(Cl)的蚕丝蛋白溶液的pH值是介于2 6。17.如权利要求11所述 的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该N型有机半导体层的材质是碳60或PTCD1-C8。18.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该缓冲层的厚度是lnm-20nm,该N型有机半导体层的厚度是10nm_150nm。19.如权利要求17所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，当使用碳60作为N型有机半导体层时，该的N型有机薄膜晶体管的电子迁移率是7Cm2/VS-15Cm2/VS。20.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，该栅极介电层的厚度是100nm-800nm。21.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，于该步骤(D)中，该N型有机半导体层是完全覆盖该缓冲层，该缓冲层是完全覆盖该栅极介电层，而该源极与该漏极是配置于该N型有机半导体层上，以形成一上接触式N型有机薄膜晶体管。22.如权利要求11所述的N型有机薄膜晶体管的制备方法，其特征在于，于该步骤(D)中，该源极与该漏极是配置于该缓冲层与该栅极介电层之间，使该缓冲层是覆盖该部分的栅极介电层、该源极、以及该漏极，以形成一下接触式N型有机薄膜晶体管。23.—种双载子场效应晶体管,其特征在于,包括: 一基板； 一栅极，是设置于该基板上； 一栅极介电层，是覆盖该栅极，且该栅极介电层的材质是蚕丝蛋白； 一 P型有机半导体层，是设置于该栅极介电层上，且该P型有机半导体层的材...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振昌，蔡立轩，李雋毅，蔡政伦，
申请(专利权)人：黄振昌，
类型：发明
国别省市：