專利名稱：并五苯衍生物作為半導(dǎo)體材料的有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用新型有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
并五苯化合物作為有機(jī)半導(dǎo)體被廣泛應(yīng)用于制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)，該OFET的性能良好，場效應(yīng)遷移率高達(dá)2.0cm2/(V.s)，且器件電流開關(guān)比高達(dá)108。不過這些結(jié)果是在近乎苛刻條件下獲得，很難取得實(shí)際應(yīng)用。目前以并五苯化合物為有機(jī)半導(dǎo)體材料的OFET存在以下問題1)高遷移率和電流開關(guān)比都是通過高成本的真空蒸鍍成膜或極端條件下形成并五苯單晶膜而獲得的；(Lin Y.，et al.IEEE Electron Device Lett.，1997，18606～608；Schon J.，et al.Science，2000，2871022～1023；Batlogg B.，et al.Org.Electron.，2000，157～64)；2)與并五苯相比，并五苯衍生物很少作為OFET半導(dǎo)體材料且場效應(yīng)遷移率和電流開關(guān)比下降很多(Wudl F.，et al.Adv.Mater.，2003，151090～1093)；3)采用先驅(qū)物溶液加工有機(jī)半導(dǎo)體成膜僅局限于并五苯本身，且制備的OFET場效應(yīng)遷移率和電流開關(guān)比很低(Herwing P.，et al.Adv.Mater.，1999，11480～483)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高工作性能，且制備條件要求寬松的有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法。
本發(fā)明提出的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，由源極、漏極、有機(jī)半導(dǎo)體層、介電層、基底和柵極組成，其中有機(jī)半導(dǎo)體層采用1，2，3，4，8，9，10，11-八取代并五苯衍生物材料。特別適于本發(fā)明的1，2，3，4，8，9，10，11-八取代并五苯衍生物的取代基為鹵素(例如，F(xiàn)-、Cl-、Br-、I-)。
本發(fā)明中，OFET的結(jié)構(gòu)有兩種情況(1)按從下往上依次為基底、柵極、介電層、半導(dǎo)體層、源極和漏極，簡稱Top型；(2)按從下往上依次為基底、柵極、介電層、源極和漏極、半導(dǎo)體層，簡稱Bottom型。
本發(fā)明中，所述的源極和漏極材料可以采用金、銀、銅、鋁等金屬，柵極材料可采用高摻雜硅和金、銀、銅、鋁等金屬，介電層材料可采用無機(jī)和有機(jī)介電材料，基底包括玻璃和柔性襯底。
本發(fā)明中提出的有機(jī)場效應(yīng)管的制備方法，其中有機(jī)半導(dǎo)體層的成膜方法可以有兩種
其一，并五苯衍生物直接成膜，制備得有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，并制得Top型和Bottom兩種結(jié)構(gòu)OFET；其二，通過并五苯衍生物先驅(qū)物間接成膜，具體是將并五苯衍生物與親二烯試劑發(fā)生反應(yīng)得到先驅(qū)物，先驅(qū)物經(jīng)過溶液加工成膜以后再加熱還原成并五苯衍生物膜，制得Top型和Bottom兩種結(jié)構(gòu)OFET。制備并五苯衍生物先驅(qū)物的親二烯試劑可以是馬來酸酐、丙烯醛、丙烯酸酯、肉桂醛、對苯醌、丁炔二酸、偶氮二甲酸酯，N-硫氧基醋酸酰胺和N-硫氧基苯胺等之一種。
本發(fā)明中，膜制備技術(shù)包括真空蒸鍍、旋涂、鑄膜、甩膜、LB膜、印刷、噴墨打印等。成膜溫度在20℃與待成膜物質(zhì)的分解溫度之間。
本發(fā)明制備方法中，其它的制備步驟和條件與通常的OFET相同。
本發(fā)明制備方法的條件寬松，制得OFET具理想的場效應(yīng)遷移率和電流開關(guān)比，且運(yùn)行穩(wěn)定性好。
本發(fā)明的OFET有Top型和Bottom兩種結(jié)構(gòu)，且適用于低端集成電路、有源驅(qū)動(dòng)顯示、傳感器等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(1)先在高摻雜硅柵極基底上通過磁控濺射鍍上一層二氧化硅介電層，接著通過蒸鍍的方法制備1，2，3，4，8，9，10，11-八氟并五苯(以下簡稱FP)半導(dǎo)體層，然后蒸鍍金電極充當(dāng)源極和漏極，得到最終Top型有機(jī)場效應(yīng)晶體管(以下簡稱OFET-FP-T)；在同樣制備條件下，可制備相同器件參數(shù)的Bottom型有機(jī)場效應(yīng)晶體管(以下簡稱OFET-FP-B)。
(2)FP化合物與馬來酸酐在三氧化甲基錸(CH3ReO3)作用下，在三氯甲烷中回流。經(jīng)提純得到FP可溶性先驅(qū)物，配置三氯甲烷溶液作為制備OFET半導(dǎo)體層旋涂液。OFET制備如下，先在高摻雜硅柵極基底上通過磁控濺射鍍上一層二氧化硅介電層，接著旋涂一層FP可溶性先驅(qū)物薄膜，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下淬火使FP先驅(qū)物轉(zhuǎn)還原成FP，最后蒸鍍金電極充當(dāng)源極和漏極，得到最終Top型有機(jī)場效應(yīng)晶體管(以下簡稱OFET-FP/馬來酸酐-T)；在同樣制備條件下，可制備相同器件參數(shù)的Bottom型有機(jī)場效應(yīng)晶體管(以下簡稱OFET-FP/馬來酸酐-B)。
以上制得所有OFET的有機(jī)半導(dǎo)體溝道長寬比W/L均為104μm/25μm。OFET器件的性能由Keithley 4200半導(dǎo)體特性測試儀測定，柵極操作電壓在-80～+80V，漏源電壓在-100～+100V之間，測試均在大氣中進(jìn)行。器件性能見表1。
表1 OFET性能OFET 載流子遷移率 閥值電壓 電流開關(guān)比[cm2·(V·s)-1] (V)OFET-FP-T 0.09 2.2 ＞105OFET-FP-B 0.04 2.7 ＞105OFET-FP/馬來酸酐-T 0.03 3.0 ＞105OFET-FP/馬來酸酐-B 0.01 3.5 ＞105實(shí)施例2將實(shí)施例1中FP用1，2，3，4，8，9，10，11-八氯并五苯(以下簡稱ClP)取代，其余同實(shí)施例1。器件性能見表2。
表2 OFET性能OFET 載流子遷移率閥值電壓電流開關(guān)比[cm2·(V·s)-1] (V)OFET-ClP-T0.06-1.7＞105OFET-ClP-B0.04-1.6＞105OFET-ClP/馬來酸酐-T 0.05-2.0＞105OFET-ClP/馬來酸酐-B 0.01-2.3＞105實(shí)施例3將實(shí)施例1中FP用1，2，3，4，8，9，10，11-八溴并五苯(以下簡稱BrP)取代，其余同實(shí)施例1。器件性能見表3。
表3 OFET性能OFET 載流子遷移率 閥值電壓電流開關(guān)比[cm2·(V·s)-1] (V)OFET-BrP-T 0.04 -2.0＞105OFET-BrP-B 0.02 -1.8＞105OFET-BrP/馬來酸酐-T0.01 -2.5＞105OFET-BrP/馬來酸酐-B0.02 -2.7＞105
實(shí)施例4將實(shí)施例1中馬來酸酐用N-硫氧基苯胺取代，其余同實(shí)施例1。器件性能見表4。
表4 OFET性能OFET 載流子遷移率閥值電壓電流開關(guān)比[cm2·(V·s)-1] (V)OFET-FP-T 0.092.2 ＞105OFET-FP-B 0.042.7 ＞105OFET-FP/N-硫氧基苯胺-T0.052.4 ＞105OFET-FP/N-硫氧基苯胺-B0.021.8 ＞105實(shí)施例5將實(shí)施例2中馬來酸酐用N-硫氧基苯胺取代，其余同實(shí)施例2。器件性能見表5。
表5 OFET性能OFET 載流子遷移率 閥值電壓電流開關(guān)比[cm2·(V·s)-1] (V)OFET-ClP-T 0.06 -1.7＞105OFET-ClP-B 0.04 -1.6＞105OFET-ClP/N-硫氧基苯胺-T0.04 -1.9＞105OFET-ClP/N-硫氧基苯胺-B0.02 -2.1＞105實(shí)施例6將實(shí)施例1中馬來酸酐用偶氮二甲酸甲酯取代，其余同實(shí)施例1。器件性能見表6。
表6 OFET性能OFET載流子遷移率閥值電壓 電流開關(guān)比[cm2·(V·s)-1] (V)OFET-FP-T 0.092.2 ＞105OFET-FP-B 0.042.7 ＞105OFET-FP/偶氮二甲酸甲酯-T0.052.1 ＞106OFET-FP/偶氮二甲酸甲酯-B0.041.9 ＞10權(quán)利要求
1.一種有機(jī)場效應(yīng)管，由源極、漏極、有機(jī)半導(dǎo)體層、介電層、基底和柵極組成，其特征在于所述的有機(jī)半導(dǎo)體層材料采用1，2，3，4，8，9，10，11-八取代并五苯衍生物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)場效應(yīng)管，其特征在于所述的并五苯衍生物取代基為鹵素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)場效應(yīng)管，其特征在于其結(jié)構(gòu)有兩種情況(1)按從下往上依次為基底、柵極、介電層、半導(dǎo)體層、源極和漏極，簡稱Top型；(2)按從下往上依次為基底、柵極、介電層、源極和漏極、半導(dǎo)體層，簡稱Bottom型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)場效應(yīng)管，其特征在于所述的源極和漏極材料采用金、銀、銅、鋁，柵極材料采用高摻雜硅和金、銀、銅、鋁，介電層材料采用無機(jī)和有機(jī)介電材料，基底包括玻璃和柔性襯底。
5.一種如權(quán)利要求1所述的有機(jī)場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于有機(jī)半導(dǎo)體膜制備采用并五苯衍生物直接成膜或者通過并五苯衍生物先驅(qū)物間接成膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于所述的有機(jī)半導(dǎo)體膜制備包括蒸鍍、旋涂、鑄膜、甩膜、LB膜、印刷、噴墨打印。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機(jī)場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于并五苯衍生物先驅(qū)物間接成膜步驟為通過并五苯衍生物與親二烯試劑反應(yīng)得到并五苯衍生物先驅(qū)物，先驅(qū)物經(jīng)過溶液加工成膜以后再加熱還原成并五苯衍生物膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于所述的親二烯試劑為馬來酸酐、丙烯醛、丙烯酸酯、肉桂醛、對苯醌、丁炔二酸、偶氮二甲酸酯，N-硫氧基醋酸酰胺和N-硫氧基苯胺之一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有機(jī)場效應(yīng)管的制備方法，其特征在于有機(jī)半導(dǎo)體膜的成膜溫度在20℃與待成膜物質(zhì)的分解溫度之間。
全文摘要
本發(fā)明為一種以1，2，3，4，8，9，10，11－八取代并五苯衍生物作為有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)場效應(yīng)晶體管(以下簡稱OFET)及其制備方法。OFET結(jié)構(gòu)有TOP型和Bottom兩種，并五苯衍生物的取代基為鹵素(F－、Cl－、Br－、I－)。有機(jī)半導(dǎo)體的成膜包括并五衍生物直接成膜和通過并五衍生物先驅(qū)物間接成膜兩種方式。制膜技術(shù)可采用真空蒸鍍、旋涂、甩膜、鑄膜、LB膜、印刷、噴墨打印等。本發(fā)明制備方法的條件比較寬松，制備的OFET具有理想的場效應(yīng)遷移率和電流開關(guān)比，且運(yùn)行穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)H01L51/30GK1585151SQ20041002490
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者黃維, 劉承斌 申請人:復(fù)旦大學(xué)