專(zhuān)利名稱(chēng)：有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備工藝。
背景技術(shù)：
有機(jī)薄膜晶體管(Organic Thin Film Transistor, OTFT)具有材料來(lái)源廣泛、與柔性襯底兼容、成膜技術(shù)多、輕型、可低溫制造、制造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，可被廣泛應(yīng)用于全有機(jī)有源矩陣顯示、記憶組件、智能卡、電子標(biāo)簽以及大面積傳感陣列等領(lǐng)域。可以預(yù)見(jiàn)， OTFT在很多方面都將極大改變目前由無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管構(gòu)成的電子信息領(lǐng)域的單一現(xiàn)狀， 因此越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。但是，隨著對(duì)OTFT研究的深入，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)仍然存在許多缺點(diǎn)和問(wèn)題。研究表明， 源/漏電極之間形成的歐姆接觸電阻是影響OTFT器件性能的主要因素之一。如果能降低接觸電阻將極大的提高晶體管的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法來(lái)降低接觸電阻，提高該有機(jī)薄膜晶體管的性能，從而克服現(xiàn)有有機(jī)薄膜晶體管中有機(jī)有源層與源/漏電極之間形成的歐姆接觸電阻的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種有機(jī)薄膜晶體管，包括基片、源電極、漏電極、柵電極、絕緣層、有源層，其特征在于所述有源層包括由有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的薄膜層，所述源電極和漏電極均是由摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的混合物形成的薄膜層，其中摻雜劑的濃度為10-50wt%。所述有源層由有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的薄膜組成，其厚度為lOOnm-lum。所述源電極和漏電極的厚度在50nm-2um。所述摻雜劑可選自NOPF6、含!^3+的鹽和I2等。所述基片可選自硅片、玻璃等硬質(zhì)基底以及柔性基底。如上所述有機(jī)薄膜晶體管的制備方法為以有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液在基片上沉積形成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜后，再經(jīng)退火處理， 制得有源層；而后以摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的共混溶液在設(shè)于基片上的有源層上沉積電極材料層，再進(jìn)行退火處理，從而形成具有設(shè)定形貌的源電極和漏電極。所述有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚噻吩，所述摻雜劑可選自NOPF6、含!^3+的鹽和12。該方法具體包括如下步驟a.以有機(jī)溶劑和水依次對(duì)基片進(jìn)行清洗，而后烘干備用，所述有機(jī)溶劑為丙酮和 /或乙醇；b.取聚噻吩溶液均勻涂覆在基片上，使其沉積形成IOOnm-Iym厚的均勻薄膜，再進(jìn)行退火處理，制得有源層；
c.取摻雜劑和聚噻吩的共混溶液以印刷方式涂覆在有源層上，使其沉積形成電極材料層，再進(jìn)行退火處理，制得具有設(shè)定形貌的源電極和漏電極；前述退火處理是在溫度為60_120°C的條件下進(jìn)行，退火時(shí)間為30-60min。該方法中是采用旋涂或印刷的方式將聚噻吩溶液涂覆在基片上，進(jìn)而沉積形成薄膜的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于采用的電極材料是有源層的本征體，因此能有效降低接觸電阻，提高該有機(jī)薄膜晶體管的性能。


圖1是本發(fā)明中有機(jī)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1中有機(jī)薄膜晶體管的輸出特性曲線(xiàn)圖；圖3為實(shí)施例1中有機(jī)薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)圖；圖中各附圖標(biāo)記及其指示的部件分別為1基底，2柵極，3絕緣層，4有源層，5源極，6漏極。
具體實(shí)施例方式針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中有機(jī)薄膜晶體管中所存在的有機(jī)有源層與源/漏電極之間形成的歐姆接觸電阻的問(wèn)題，本發(fā)明特提出了一種具有改良結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜晶體管，參閱圖1， 其包括基片1、絕緣層3、有源層4、源電極5、漏電極6以及柵電極2，其中，有源層包括由有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的薄膜層，源電極和漏電極均是由摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的混合物形成的薄膜層，該混合物中摻雜劑濃度10-50wt%。該有機(jī)薄膜晶體管可通過(guò)如下工藝制備，即以有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液在基片上沉積形成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜后，再經(jīng)退火處理， 制得有源層；而后以摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的共混溶液在設(shè)于基片上的有源層上沉積電極材料層，再進(jìn)行退火處理，從而形成具有設(shè)定形貌的源電極和漏電極。前述有源層優(yōu)選由聚噻吩組成，其厚度為IOOnm-I μ m。前述摻雜劑可選自NOPF6、含!^3+的鹽和I2等。前述源電極和漏電極優(yōu)選為由摻雜的該聚噻吩的共混物形成的薄膜層，其厚度在 50nm_2 μ m。前述基片可選用硅片，玻璃等硬質(zhì)基底，以及柔性基底。前述制備工藝中可采用旋涂或印刷的方式將聚噻吩溶液涂覆在基片上，進(jìn)而沉積形成薄膜。前述制備工藝中優(yōu)選采用氣溶膠噴印的方式將摻雜的該有機(jī)半導(dǎo)體材料的共混溶液涂覆在有源層上，使其沉積形成電極材料層，進(jìn)而制得具有設(shè)定形貌的源電極和漏電極。以下結(jié)合若干較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1(1)選用重?fù)诫s、帶有300nm厚的氧化層的硅片作為基底，(重?fù)诫s硅以及氧化層分別做柵極和絕緣層)依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲20分鐘，烘箱中烘干；(2)稱(chēng)取0. 006g P3HT，加入2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解，配成3mg/ml的 P3HT溶液作為P3HT墨水；(3)設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序及圖形文件；(4)采用氣溶膠噴印設(shè)備，設(shè)定噴印參數(shù)(環(huán)繞氣流50CCm ；送霧氣流20CCm ；超聲功率50w ；噴印速度lmm/SeC)，通過(guò)水的超聲使P3HT墨水形成微米甚至更小的氣霧，通過(guò)惰性氣體將其帶到噴頭，用直徑為150 μ m的針頭將其均勻噴印在基底表面上，微孔針頭離基底的距離為3mm，使其形成厚IOOnm-I μ m的均勻P3HT薄膜，再將其放入烘箱中120°C 抽真空Ih ；(5)稱(chēng)取0. 006g P3HT和0. Olg N0PF6溶于2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解， 配成共混溶液，作為電極材料；(6)設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序及圖形文件；(7)采用氣溶膠噴印設(shè)備，設(shè)定噴印參數(shù)(環(huán)繞氣流50CCm ；送霧氣流20CCm ； 超聲功率50w ；噴印速度lmm/seC)，通過(guò)水的超聲使P3HT與N0PF6的共混溶液墨水形成微米甚至更小的氣霧，通過(guò)惰性氣體將其帶到噴頭，用直徑為150 μ m的針頭將其均勻噴印在P3HT薄膜上，微孔針頭離基底的距離為3mm，使其形成溝道長(zhǎng)為50 μ m,寬為1500 μ m，厚 50ηπι-2μπι的電極，再將其放入烘箱中120°C抽真空l(shuí)h。(8)用探針臺(tái)測(cè)試所制備的器件性能。參閱圖2-圖3，該有機(jī)薄膜晶體管器件具有典型的輸入電壓控制輸出電流特性， 其場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0. 55^11^1,開(kāi)關(guān)電流比為2X104。實(shí)施例2(1)選用重?fù)诫s、帶有300nm厚的氧化層的硅片作為基底，(重?fù)诫s硅以及氧化層分別做柵極和絕緣層)，依次用丙酮，乙醇，去離子水超聲20分鐘，烘箱中烘干；(2)稱(chēng)取0. 006g P3HT，加入2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解，配成3mg/ml的 P3HT溶液；(3)把基片置于旋涂機(jī)樣品臺(tái)上，設(shè)置旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000rpm，將P3HT溶液滴在基片上，并鋪滿(mǎn)整個(gè)基底，開(kāi)啟旋涂設(shè)備，30秒后設(shè)備停止，在基底上形成厚IOOnm-I μ m的均勻的P3HT有源層薄膜，再將其放入烘箱中120°C抽真空Ih ；(5)稱(chēng)取0. 006g P3HT和0. Olg NOPF6溶于2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解， 配成共混溶液墨水，作為電極材料；(6)設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序及圖形文件；(7)采用氣溶膠噴印設(shè)備，設(shè)定噴印參數(shù)(環(huán)繞氣流50CCm ；送霧氣流20CCm ； 超聲功率50w ；噴印速度lmm/sec)，通過(guò)水的超聲使P3HT與NOPF6的共混溶液墨水形成微米甚至更小的氣霧，通過(guò)惰性氣體將其帶到噴頭，用直徑為150 μ m的針頭將其均勻噴印在P3HT薄膜上，微孔針頭離基底的距離為3mm，使其形成溝道長(zhǎng)為50 μ m,寬為1500 μ m，厚 50ηπι-2μπι的電極，再將其放入烘箱中120°C抽真空l(shuí)h。(8)用探針臺(tái)測(cè)試所制備的器件性能，該器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0. Tecm2V-1S-1,開(kāi)關(guān)電流比為IXio50實(shí)施例3
(1)選用重?fù)诫s的硅片作為基底(同時(shí)做柵極)，依次用丙酮，乙醇，去離子水超聲 20分鐘，烘箱中烘干；(2)稱(chēng)取0. Olg ΡΜΜΑ,ΜΛ 2ml苯甲醚，攪拌20分鐘使其全部溶解，配成5mg/ml 的PMMA溶液。(3)把基片置于旋涂機(jī)樣品臺(tái)上，設(shè)置旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500rpm，將PMMA溶液滴在基片上，并鋪滿(mǎn)整個(gè)基底，開(kāi)啟旋涂設(shè)備，25秒后設(shè)備停止，在基底上形成IOOnm-I μ m厚的均勻的PMMA絕緣層薄膜，再將其放入烘箱中60°C抽真空Ih ；(4)稱(chēng)取0. 006g P3HT，加入2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解，配成3mg/ml的 P3HT溶液；(3)把旋涂有PMMA薄膜層的基片置于旋涂機(jī)樣品臺(tái)上，設(shè)置旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500rpm，將P3HT溶液滴在基片上，開(kāi)啟旋涂設(shè)備，25秒后設(shè)備停止，在基底上形成 IOOnm-I μ m厚的均勻的P3HT有源層薄膜，再將其放入烘箱中120°C抽真空Ih ；(5)；稱(chēng)取0.006g P3HT和O.Olg NOPF6溶于2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解， 配成共混溶液墨水，作為電極材料；(6)設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序及圖形文件；(7)采用氣溶膠噴印設(shè)備，設(shè)定噴印參數(shù)(環(huán)繞氣流50CCm ；送霧氣流20CCm ； 超聲功率50v ；噴印速度lmm/seC)，通過(guò)水的超聲使P3HT與NOPF6的共混溶液墨水形成微米甚至更小的氣霧，通過(guò)惰性氣體將其帶到噴頭，用直徑為150 μ m的針頭將其均勻噴印在P3HT薄膜上，微孔針頭離基底的距離為3mm，使其形成溝道長(zhǎng)為50 μ m,寬為1500 μ m，厚 50ηπι-2μπι的電極，再將其放入烘箱中120°C抽真空l(shuí)h。(8)用探針臺(tái)測(cè)試所制備的器件性能，該器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0. ^m2V-1S-1,開(kāi)關(guān)電流比為1. 8X104。實(shí)施例4(1)選用柔性的PET作為基底，依次用丙酮，乙醇，去離子水超聲20分鐘，烘箱中烘干；(2)設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序及圖形文件(3)采用氣溶膠噴印設(shè)備，設(shè)定噴印參數(shù)(環(huán)繞氣流50CCm ；送霧氣流20CCm ；超聲功率50v ；噴印速度lmm/sec)，通過(guò)水的超聲使Ag墨水形成微米甚至更小的氣霧，通過(guò)惰性氣體將其帶到噴頭，用直徑為150 μ m的針頭將其均勻噴印在基片上，微孔針頭離基底的距離為3mm，使其形成長(zhǎng)為1500 μ m,寬為500 μ m，厚50歷_1 μ m的柵電極，再將其放入烘箱中235°C退火30min。(4)稱(chēng)取O.Olg PMMA，加入2ml苯甲醚，攪拌20分鐘使其全部溶解，配成的5mg/ml 的PMMA溶液。(5)把基片置于旋涂機(jī)樣品臺(tái)上，設(shè)置旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500rpm，將PMMA溶液滴在基片上，并鋪滿(mǎn)整個(gè)基底，開(kāi)啟旋涂設(shè)備，25秒后設(shè)備停止，在基底上形成IOOnm-I μ m厚的均勻的PMMA絕緣層薄膜，再將其放入烘箱中60°C抽真空Ih ；(6)稱(chēng)取0. 006g P3HT，加入2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解，配成3mg/ml的 P3HT溶液；(7)把旋涂有PMMA薄膜層的基片置于旋涂機(jī)樣品臺(tái)上，設(shè)置旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為2500rpm,將P3HT溶液滴在基片上，并鋪滿(mǎn)整個(gè)基底，開(kāi)啟旋涂設(shè)備，25秒后設(shè)備停止，在基底上形成IOOnm-I μ m厚的均勻的P3HT有源層薄膜，再將其放入烘箱中120°C抽真空Ih ；(8)稱(chēng)取0. 006g P3HT和0. Olg NOPF6溶于2ml氯苯，攪拌20分鐘使其全部溶解， 配成共混溶液墨水，作為電極材料；(9)設(shè)定計(jì)算機(jī)控制程序及圖形文件；(10)采用氣溶膠噴印設(shè)備，設(shè)定噴印參數(shù)(環(huán)繞氣流50CCm ；送霧氣流20CCm ； 超聲功率50v ；噴印速度lmm/seC)，通過(guò)水的超聲使P3HT與NOPF6的共混溶液墨水形成微米甚至更小的氣霧，通過(guò)惰性氣體將其帶到噴頭，用直徑為150 μ m的針頭將其均勻噴印在P3HT薄膜上，微孔針頭離基底的距離為3mm，使其形成溝道長(zhǎng)為50 μ m,寬為1500 μ m，厚 50nm-2 μ m的電極，再將其放入烘箱中120°C抽真空Ih。(11)用探針臺(tái)測(cè)試所制備的器件性能，該器件的場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0. Zcm2V-1S-1,開(kāi)關(guān)電流比為3. 2X IO4。另外，以NOPF6、含!^3+的鹽或I2為摻雜劑與其它聚噻吩體系的混合溶液做源漏電極也能產(chǎn)生與上述實(shí)施例相似的結(jié)果。需要指出的是，上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)薄膜晶體管，包括基片、柵電極、源電極、漏電極、絕緣層和有源層，其特征在于所述有源層包括由有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的薄膜層，所述源電極和漏電極均是由摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的混合物形成的薄膜層，其中摻雜劑的濃度為10-50wt% ；所述摻雜劑至少為NOPF6、含!^3+的鹽和I2中的任意一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述有源層由有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的薄膜層組成，其厚度為IOOnm-I μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述源電極和漏電極的厚度在 50nm-2μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于，所述有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚噻吩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)薄膜晶體管，其特征在于所述基片為硬質(zhì)基底或柔性基底，所述硬質(zhì)基底至少為硅片和玻璃制品中的任意一種。
6.如權(quán)利要求1所述有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，該方法為以有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液在基片上沉積形成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜后，再經(jīng)退火處理，制得有源層；而后以摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的共混溶液在設(shè)于基片上的有源層上沉積電極材料層，再進(jìn)行退火處理，從而形成具有設(shè)定形貌的源電極和漏電極；所述摻雜劑至少為NOPF6、含!^3+的鹽和I2中的任意一種。
7.如權(quán)利要求6所述有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，該方法具體包括如下步驟a.以有機(jī)溶劑和水依次對(duì)基片進(jìn)行清洗，而后烘干備用，所述有機(jī)溶劑為丙酮和/或乙醇；b.取聚噻吩溶液均勻涂覆在基片上，使其沉積形成IOOnm-Iμ m厚的均勻薄膜，再進(jìn)行退火處理，制得有源層；c.取摻雜劑和聚噻吩的共混溶液以印刷方式涂覆在有源層上，使其沉積形成電極材料層，再進(jìn)行退火處理，制得具有設(shè)定形貌的源電極和漏電極；前述退火處理是在溫度為60-120°C的條件下進(jìn)行，退火時(shí)間為30-60min。
8.如權(quán)利要求7所述有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，該方法中是采用旋涂或印刷的方式將聚噻吩溶液涂覆在基片上，進(jìn)而沉積形成薄膜的。
9.如權(quán)利要求6所述有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)半導(dǎo)體材料包括聚噻吩。
10.如權(quán)利要求6所述有機(jī)薄膜晶體管的制備方法，其特征在于，所述基片為硬質(zhì)基底或柔性基底，所述硬質(zhì)基底至少為硅片和玻璃制品中的任意一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有機(jī)薄膜晶體管及其制備方法。該晶體管包括基片，源、漏電極，柵電極，絕緣層和有源層，有源層包括由有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的薄膜層，源、漏電極均是由摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的混合物形成的薄膜層。該方法為以有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液在基片上沉積形成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜后，再經(jīng)退火處理，制得有源層；而后以摻雜劑和該有機(jī)半導(dǎo)體材料的共混溶液在設(shè)于基片上的有源層上沉積電極材料層，再進(jìn)行退火處理，從而形成具有設(shè)定形貌的源、漏電極。本發(fā)明可有效降低有機(jī)薄膜晶體管中源、漏電極與有源層之間的接觸電阻，進(jìn)而提高有機(jī)薄膜晶體管的性能。
文檔編號(hào)H01L51/10GK102280580SQ20111019825
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者楊麗媛, 潘革波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所