專利名稱：有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體晶體管器件的制法工藝，尤其涉及一種有機(jī)單晶場效應(yīng)晶 體管的制備方法。該方法可應(yīng)用于大規(guī)模、大容量和低成本的有機(jī)單晶場效應(yīng)管的生產(chǎn)，對 有機(jī)電子器件的應(yīng)用推廣具有深遠(yuǎn)意義。
背景技術(shù)：
有機(jī)電子器件，包括有機(jī)電致發(fā)光(OLED)、有機(jī)光伏(OPV)和有機(jī)場效應(yīng)晶體管 (OTFT)等，由于該類產(chǎn)品具有低生產(chǎn)成本的潛在優(yōu)勢，近年來引起國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)的 關(guān)注，并在很多方面已經(jīng)取得了許多矚目的成果。目前這些器件雖然已經(jīng)逐步從實驗室走 向?qū)嵱没念I(lǐng)域，但總體上器件的性能還須進(jìn)一步的提高才可以真正滿足人們的應(yīng)用需要。尤其是對OTFT而言，要想充分利用其低成本的優(yōu)勢進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，必須設(shè)法提 高有機(jī)材料的遷移率。眾所周知，器件的遷移率是與有機(jī)材料的晶化程度密切相關(guān)，為提高 器件性能，必須要提高有機(jī)層的晶化度。為此，很多研究組都在進(jìn)行著辛苦的努力。目前有機(jī)層的形成主要是利用真空蒸鍍或者溶液法進(jìn)行沉積的。溶液法相對真空 蒸鍍的制作方法，不需要昂貴的真空蒸鍍設(shè)備，材料消耗比較少，更有利于大規(guī)模生產(chǎn)的實 現(xiàn)，因此更受人們的關(guān)注。但是一般的溶液法制作的有機(jī)層，其材料晶化程度相對真空沉積 獲得的有機(jī)層要低，因此前者器件的遷移率一般要比后者低一個數(shù)量級。有機(jī)單晶材料在結(jié)構(gòu)上具有較少的缺陷，不僅具有很高的遷移率，而且對周圍環(huán) 境中水氧不敏感，相對無定形態(tài)的0TFT，優(yōu)勢十分明顯。目前有機(jī)單晶多用物理氣相生長 (PVG)獲得，然后再轉(zhuǎn)移到源漏電極上，或者通過自組織(SAM)的方法對襯底表面進(jìn)行處 理，然后再通過PVG的方法進(jìn)行單晶生長。然而這兩種方法都不易在規(guī)?；a(chǎn)中實現(xiàn)，因 此開發(fā)一種同時可以兼顧有機(jī)單晶材料高遷移率和溶液法低成本優(yōu)勢的制作方法來獲得 高效低成本的有機(jī)單晶晶體管顯得尤為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的旨在提供一種有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體 管的制備方法，結(jié)合打印技術(shù)和具有易結(jié)晶特性的有機(jī)材料的特點，獲得工藝簡單、低成 本、高遷移率、抗水氧有機(jī)單晶晶體管的大規(guī)模生產(chǎn)方式。本發(fā)明的上述目的，是通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于在已制備得到源、漏電極陣列的 襯底表面，通過印刷法將有機(jī)分子配制成的墨水打印在源、漏電極間的溝道中，并在一定襯 底溫度下將墨水的溶劑完全揮發(fā)，同時生長源、漏電極間的橋連。上述技術(shù)方案的進(jìn)一步細(xì)化方案，其特征在于包括步驟I、在硅片或聚合物的襯底上制備得到源、漏電極；II、選取具平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子，均勻混合入至少包括乙醇、甲苯、1，4- 二氧六環(huán)、三氯甲烷之一的溶劑中，制成墨水；III、在具源、漏電極陣列的襯底表面利用噴墨或氣溶膠打印法在成對源、漏電極 間的溝道中定位、打印上墨水；IV、對應(yīng)所選用的墨水溶劑，控制襯底溫度范圍在20°C到150°C之間，在溶劑揮發(fā) 的同時生長源、漏電極間的橋連，得到襯底上生長形貌可控的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。更進(jìn)一步地，前述有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟I中所述源、漏電極在 襯底上的制備方法為氣溶膠印刷法、噴墨印刷法，或真空蒸鍍沉積法之一的方法。本發(fā)明利用打印技術(shù)制備高效有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的方法，較之于現(xiàn)有有機(jī)晶 體管的制造技術(shù)，可實現(xiàn)低成本、大規(guī)模納米尺度高效有機(jī)晶體管的大規(guī)模制作。同時，該 制備方法要求的環(huán)境很寬松，不需要在手套箱等無水無氧環(huán)境下實施，簡化了工藝，且制得 的有機(jī)電子器件具有很強的抗水氧能力。


圖1是有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的工藝流程示意圖。
具體實施例方式以下便結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方
案更易于理解、掌握。該有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法，利用容易結(jié)晶的有機(jī)材料溶入適當(dāng)溶劑作 為墨水，通過印刷技術(shù)將配制好的有機(jī)墨水精確打印在源、漏電極之間的溝道中，隨著溶劑 的揮發(fā)，逐漸生長的有機(jī)材料單晶會在兩個電極間形成橋連，從而獲得大容量、高效有機(jī)單 晶場效應(yīng)管。該方法可以用于制作不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(最小尺寸可達(dá)納米尺度)的器件。細(xì)化來看 可以選用多種材料作為襯底，如常規(guī)的硅或者聚合物柔性材料等；源、漏電極材質(zhì)的選擇廣 泛，如金、銀、銅等和PED0T:PSS等聚合物材料；電極制備可以采用氣溶膠印刷法、噴墨印刷 法，或真空蒸鍍沉積法等方式；有機(jī)材料選用范圍廣，各種容易形成晶體的有機(jī)分子(如具 有平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子)都可以作為印刷的墨水原料；有機(jī)層印刷方式局限性小，氣溶膠 和噴墨打印都適用；該方法適用于大規(guī)模大容量產(chǎn)業(yè)化有機(jī)單晶場效應(yīng)管的生產(chǎn)。另外，溶 劑的選擇要結(jié)合具體有機(jī)材料單晶生長特性和溶劑本身揮發(fā)性等因素來綜合考慮、選用， 可選包括乙醇、甲苯、1，4- 二氧六環(huán)、三氯甲烷等中的一種溶劑。以下結(jié)合附圖，從兩個實施例分別對該有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法進(jìn)行說 明。需要說明的是，以下對于實施例的詳細(xì)說明僅作為實例提供，并非以此限制本發(fā)明多樣 化的實施方式。實施例一首先根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模制取一定大小的硅片襯底1或二氧化硅襯底，然后在硅片襯 底上采用現(xiàn)有成熟的氣溶膠打印或噴墨印刷方式制作平行排列的、金的源電極2a、漏電極 2b，同樣根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小及具體電極制作的工藝確定適宜的源、漏電極陣列密度；然后選取具平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子，如PXX等等，均勻混合入三氯甲烷中形成飽和 溶液作為墨水。去
接著，在硅片襯底1表面根據(jù)源、漏電極陣列的密度，利用噴墨或氣溶膠打印法在 成對源、漏電極間的溝道中定位，打印上制作好的有機(jī)墨水液滴3，墨滴的直徑一般可以控 制在10μ -20μπ 左右。最后，對應(yīng)所選用的墨水溶劑控制硅片襯底1的溫度在20°C到150°C的范圍內(nèi)， 一方面使溶劑在氣化溫度下?lián)]發(fā)，另一方面同時生長源、漏電極間的橋連4(即有機(jī)單晶晶 體，而所獲得的有機(jī)單晶晶體長度一般可以從數(shù)百納米到數(shù)十微米)，得到襯底上生長形貌 可控的、抗水氧能力強的高效有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。實施例二由于本實施例的有機(jī)單晶場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及制法工藝上與實施例一基本相同，僅選 材和局部方法上略有不同，故未圖示。首先根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模制取一定大小的聚合物襯底，如 PET和PEN等，然后在硅片襯底上采用現(xiàn)有成熟的真空蒸鍍沉積的方式制作平行排列的、 PEDOTPSS材質(zhì)的柵、源和漏電極，同樣根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的大小及具體電極制作的工藝確定適 宜的源、漏電極陣列密度；然后選取具平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子，如PXX等等，均勻混合入三氯甲烷溶劑中制成 墨水；接著、在聚合物襯底表面根據(jù)源、漏電極陣列的密度，利用噴墨或氣溶膠打印法在 成對源、漏電極間的溝道中定位、打印上制作好的有機(jī)墨水液滴，墨滴的直徑一般可以控制 ^ 10 μ m-20 μ m ^M ；最后、對應(yīng)所選用的墨水溶劑控制聚合物襯底的溫度在20°C到150°C之間，一方 面使溶劑在氣化溫度下?lián)]發(fā)，另一方面同時生長源、漏電極間的橋連(同實施例一)，得到 襯底上生長形貌可控的、抗水氧能力強的高效有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。本發(fā)明在小尺寸，特別是納米尺度OTFT的制作中相對其他生產(chǎn)方法具有顯著優(yōu) 勢。尤其對實現(xiàn)抗水氧、大容量和低成本有機(jī)單晶晶體管的大規(guī)模生產(chǎn)意義重大。具體來 看(1)可以采用印刷方式在源漏電極間進(jìn)行精確定位的有機(jī)層制備，器件尺寸可以 做到納米尺度，因此對器件原材料的需求量極低。(2)在有機(jī)單晶形成過程中可以采用改變?nèi)軇?、適當(dāng)調(diào)整襯底溫度等方法對晶體 形貌進(jìn)行控制。(3)無需在手套箱等無水無氧的環(huán)境下即可進(jìn)行大規(guī)模大容量高效有機(jī)單晶場效 應(yīng)管的生產(chǎn)，所制得的器件具有很強的抗水氧能力。
權(quán)利要求
有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于在已制備得到源、漏電極陣列的襯底表面，通過印刷法將有機(jī)分子配制成的墨水打印在源、漏電極間的溝道中，并在一定襯底溫度下將墨水的溶劑完全揮發(fā)，同時生長源、漏電極間的橋連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于包括步驟I、在硅片或聚合物的襯底上制備得到源、漏電極；II、選取具平面結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子，均勻混合入至少包括乙醇、甲苯、1，4_二氧六環(huán)、三氯 甲烷之一的溶劑中，制成墨水；III、在具源、漏電極陣列的襯底表面利用噴墨或氣溶膠打印法在成對源、漏電極間的 溝道中定位、打印上墨水；IV、對應(yīng)所選用的墨水溶劑，控制襯底溫度范圍在20°C到150°C之間，在溶劑揮發(fā)的同 時生長源、漏電極間的橋連，得到襯底上生長形貌可控的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于步驟I中 所述源、漏電極在襯底上的制備方法為氣溶膠印刷法、噴墨印刷法，或真空蒸鍍沉積法之一 的方法。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的制備方法，將一些容易結(jié)晶的有機(jī)材料用適當(dāng)溶劑配制成墨水，再利用印刷技術(shù)將配制好的有機(jī)墨水精確打印在預(yù)先制備好的源、漏電極之間的溝道中，隨著溶劑的揮發(fā)，逐漸生長的有機(jī)材料單晶會在兩個電極間形成橋連，從而獲得高效有機(jī)單晶場效應(yīng)管。上述打印和生長過程均可在大氣環(huán)境下進(jìn)行，不需要進(jìn)行專門的除水除氧操作，所獲得器件具有很強的抗水氧能力。用本方案所制作有機(jī)電子器件尺寸完全由源漏電極的尺寸決定，甚至有機(jī)單晶層可達(dá)納米尺度，為目前有機(jī)場效應(yīng)管制作中存在的難以進(jìn)行大規(guī)模、大容量、低成本生產(chǎn)的難題提供了解決方案。
文檔編號H01L51/40GK101931052SQ20101025580
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者崔錚, 張東煜, 林劍, 蘇文明, 邱松 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所