一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，所述的有機(jī)薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極、有源層和絕緣層，所述的有源層為微量有機(jī)小分子摻雜的有機(jī)半導(dǎo)體材料。本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的微摻雜法，將有機(jī)小分子摻雜的有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)薄膜晶體管的有源層；有效改善了有機(jī)薄膜晶體管的穩(wěn)定性，提高器件使用壽命；方法簡(jiǎn)單，成本低，有利于推廣應(yīng)用，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)有機(jī)光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展吸引了全世界的目光，這一領(lǐng)域已成為各國(guó)學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界研究和開(kāi)發(fā)的對(duì)象。目前，有機(jī)薄膜晶體管(organic thin-filmtransistors, OTFTs)、有機(jī)太陽(yáng)能電池(organic solar cells, OSCs)、有機(jī)發(fā)光二極管(organic light-emitting diodes, OLEDs)、光波導(dǎo)(waveguide)等電子器件均已研發(fā)成功。特別是OTFTs驅(qū)動(dòng)的液晶顯示屏、OLEDs顯示器件的商業(yè)化和E_ink電子書(shū)的研制成功，進(jìn)一步向人們展示了有機(jī)光電子技術(shù)誘人的應(yīng)用前景。其中有機(jī)小分子和共軛高分子場(chǎng)致載流子導(dǎo)電的發(fā)現(xiàn)，使用有機(jī)半導(dǎo)體活性層制備的新型場(chǎng)效應(yīng)晶體管被認(rèn)為具有可代替價(jià)格昂貴的硅等無(wú)機(jī)晶體管的潛在價(jià)值，越來(lái)越成為國(guó)內(nèi)國(guó)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。有機(jī)薄膜晶體管不僅可采用旋涂、澆鑄、噴墨打印等簡(jiǎn)單的溶液法來(lái)制備，而且可以方便的實(shí)現(xiàn)大面積和柔性電子產(chǎn)品的制備，在平板顯示器驅(qū)動(dòng)、電子書(shū)、電子芯片以及電子卡片等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]雖然近幾年有機(jī)薄膜晶體管的研究取得了很大的進(jìn)展，但與無(wú)機(jī)晶體管性能相比還存在器件穩(wěn)定性差、遷移率較低等缺點(diǎn)，大大限制了其在產(chǎn)品中的應(yīng)用。針對(duì)這些問(wèn)題，廣大研究工作者提出了很多的方法來(lái)改進(jìn)，例如通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)，改善半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)，或熱處理、溶劑處理、界面修飾、自組裝等方法改進(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體成膜工藝，以及調(diào)節(jié)有機(jī)半導(dǎo)體與絕緣層的界面性質(zhì)等方式來(lái)改善有機(jī)半導(dǎo)體晶體管穩(wěn)定性。但這些方法都存在制備工藝復(fù)雜、改善程度有限和重復(fù)性差等缺點(diǎn)。因此如何能尋找一種既簡(jiǎn)便，又不破壞原有器件性能，而且重復(fù)性好的提高有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性技術(shù)，具有重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，采用簡(jiǎn)單的微摻雜法，將有機(jī)小分子摻雜的有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)薄膜晶體管的有源層；有效改善了有機(jī)薄膜晶體管的穩(wěn)定性，提高器件使用壽命；方法簡(jiǎn)單，成本低，有利于推廣應(yīng)用，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，所述的有機(jī)薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極、有源層和絕緣層，微量有機(jī)小分子摻雜的有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)薄膜晶體管的有源層。
[0006]有源層中有機(jī)小分子摻雜濃度為有機(jī)半導(dǎo)體材料質(zhì)量的0.0001%_1%。
[0007]有源層的厚度為10nm-1000nm。
[0008]有源層的制備方法為真空鍍膜法或溶液制膜法(旋涂、滴膜、浸泡、噴墨印刷、凹版印刷或絲網(wǎng)印刷)。
[0009]所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料為具有高載流子遷移率的功能材料:稠環(huán)芳香烴、硫族雜稠環(huán)、硫族雜環(huán)寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環(huán)、三芳胺、含氮共軛大環(huán)分子、聯(lián)苯、芳香胺、含氟化合物、稠環(huán)酸酐、稠環(huán)酰亞胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一種或多種。
[0010]所述的有機(jī)小分子為稠環(huán)芳香烴、硫族雜稠環(huán)、硫族雜環(huán)寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環(huán)、三芳胺、含氮共軛大環(huán)分子、聯(lián)苯、芳香胺、含氟化合物、稠環(huán)酸酐、稠環(huán)酰亞胺、C60、C70及其衍生物中的一種或多種。
[0011]所述的絕緣層為聚合物薄膜或無(wú)機(jī)化合物薄膜。
[0012]所述的源電極和漏電極材料為透明導(dǎo)電材料、有機(jī)導(dǎo)電材料或金屬導(dǎo)電材料；所述的透明導(dǎo)電材料為In203:Sn, SnO2:Sb, SnO2 = F或ZnO = Al ;有機(jī)導(dǎo)電材料為PEDOT:PSS或
納米碳管。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:(1)方法簡(jiǎn)單:采用簡(jiǎn)單的微摻雜法，將小分子摻雜到有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)薄膜晶體管的有源層；(2)有效性:通過(guò)選取合適的的摻雜劑，可有效改善有機(jī)薄膜晶體管的穩(wěn)定性，提高器件使用壽命；(3)本發(fā)明有源層可采用噴墨打印、旋涂或滴膜等濕法工藝，便于大面積的制作，降低制作成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)例中有機(jī)半導(dǎo)體材料聚3-己基噻吩(P3HT)、摻雜劑N，N’ - 二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-1，I’-聯(lián)苯-4，4’-二胺(TPD)和出，6)-苯基060 丁酸甲基酯(PCBM)的分子結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)例所提供有機(jī)薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)例I所提供未摻雜器件與微量TH)摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的開(kāi)關(guān)比在空氣中隨時(shí)間變化曲線；
圖4為本發(fā)明實(shí)例I所提供未摻雜器件與微量TH)摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時(shí)間變化曲線；
圖5為本發(fā)明實(shí)例2所提供未摻雜器件與微量PCBM摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的開(kāi)關(guān)比在空氣中隨時(shí)間變化曲線。
[0015]圖6為本發(fā)明實(shí)例2所提供未摻雜器件與微量PCBM摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時(shí)間變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0017]實(shí)例I如圖2所示的結(jié)構(gòu)中，采用Si (205)作柵電極并通過(guò)熱氧化在其上形成一層300nm的Si02(204)作為柵絕緣層。將Si片放入3:1的濃硫酸與雙氧水配制的piranha溶液中，在加熱的條件下處理20min，之后取出用大量的去離子水清洗，并用氮?dú)獯等ニ畏湃牒嫦浜娓?。通過(guò)掩膜板，采用真空蒸鍍方法蒸一層IOOnm厚的Au (202)作為源、漏電極。為了提高Au與SiO2的結(jié)合力，在兩者之間通過(guò)熱蒸發(fā)引入一層5nm的Ti (203)膜。[0018]將P3HT和TH)溶解到氯仿溶劑中，分別配成10mg/mL溶液，并用微量移液器將TPD溶液摻到P3HT溶液中，摻雜濃度為0.1 wt%0將配好的溶液滴在蒸有源、漏電極的Si片表面，通過(guò)旋涂的方法制成一層50nm左右摻雜的P3HT (201)膜。在Ar氣保護(hù)下對(duì)該膜進(jìn)行熱處理5min，熱處理溫度為230°C。本發(fā)明實(shí)例所述有機(jī)薄膜晶體管電性能測(cè)試采用帶有探針臺(tái)的美國(guó)吉時(shí)利4200型半導(dǎo)體特性分析儀中進(jìn)行。本發(fā)明實(shí)例所述有機(jī)薄膜晶體管都是在空氣中進(jìn)行保存與測(cè)試。
[0019]圖3為本發(fā)明實(shí)例I所提供未摻雜器件與0.1%TPD摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的開(kāi)關(guān)比在空氣中隨時(shí)間變化曲線。從圖中可以看出，微量TH)摻雜P3HT不僅可以大幅度提高器件的開(kāi)關(guān)比，而且可以顯著改善器件的穩(wěn)定性。例如在空氣中存放72小時(shí)后，未摻雜器件的開(kāi)關(guān)比從開(kāi)始的1450急劇降到300，而摻雜0.P/oTPD器件的開(kāi)關(guān)比從開(kāi)始的15000僅降到14800。
[0020]圖4為本發(fā)明實(shí)例I所提供未摻雜器件與0.l%Tro摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時(shí)間變化曲線。從圖中可以看出，在空氣中存放360小時(shí)后，未摻雜的器件已經(jīng)失效，而摻雜0.P/oTPD器件的遷移率從開(kāi)始的0.00302cm2V^s^變到0.0031 cmW1。表明微量TH)摻雜P3HT在提高器件的遷移率的同時(shí)顯著改善了器件的穩(wěn)定性。(建議對(duì)附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明)
實(shí)例2采用與實(shí)例I相同的器件結(jié)構(gòu)，但在制備器件的過(guò)程中將0.1 wt%的PCBM代替
0.1%TPD摻雜到P3HT有機(jī)薄膜晶體管中。[0021]圖5為本發(fā)明實(shí)例2所提供未摻雜器件與0.1%PCBM摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的開(kāi)關(guān)比在空氣中隨時(shí)間變化曲線。從圖中可以看出，微量PCBM摻雜P3HT不僅可以大幅度提高器件的開(kāi)關(guān)比，而且可以顯著改善器件的穩(wěn)定性。例如在空氣中存放24小時(shí)后，未摻雜器件的開(kāi)關(guān)比從開(kāi)始的1450急劇降到920，而摻雜0.1%PCBM器件的開(kāi)關(guān)比從開(kāi)始的14900僅降到14745。
[0022]圖6為本發(fā)明實(shí)例2所提供未摻雜器件與0.P/oPCBM摻雜P3HT有機(jī)薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時(shí)間變化曲線。從圖中可以看出，在空氣中存放360小時(shí)后，未摻雜的器件已經(jīng)失效，而摻雜0.P/oPCBM器件的遷移率從開(kāi)始的0.00302cm2V^s^變到0.00372Cm2V-1S'表明微量PCBM摻雜P3HT在提高器件的遷移率的同時(shí)顯著改善了器件的穩(wěn)定性。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，所述的有機(jī)薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極、有源層和絕緣層，其特征在于:微量有機(jī)小分子摻雜的有機(jī)半導(dǎo)體材料作為有機(jī)薄膜晶體管的有源層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:有源層中有機(jī)小分子摻雜濃度為有機(jī)半導(dǎo)體材料質(zhì)量的0.0001%-1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:有源層的厚度為 lOnm-lOOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:有源層的制備方法為真空鍍膜法或溶液制膜法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述的有機(jī)半導(dǎo)體材料為稠環(huán)芳香烴、硫族雜稠環(huán)、硫族雜環(huán)寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環(huán)、三芳胺、含氮共軛大環(huán)分子、聯(lián)苯、芳香胺、含氟化合物、稠環(huán)酸酐、稠環(huán)酰亞胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述的有機(jī)小分子為稠環(huán)芳香烴、硫族雜稠環(huán)、硫族雜環(huán)寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環(huán)、三芳胺、含氮共軛大環(huán)分子、聯(lián)苯、芳香胺、含氟化合物、稠環(huán)酸酐、稠環(huán)酰亞胺、C60、C70及其衍生物中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述的絕緣層為聚合物薄膜或無(wú)機(jī)化合物薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善有機(jī)薄膜晶體管穩(wěn)定性的方法，其特征在于:所述的源電極和漏電極材料為透明導(dǎo)電材料、有機(jī)導(dǎo)電材料或金屬導(dǎo)電材料；所述的透明導(dǎo)電材料為In2O3:Sn、SnO2:Sb、SnO2 = F或ZnO:Al ;有機(jī)導(dǎo)電材料為PEDOT:PSS或納米碳管。
9.一種如權(quán)利要求1所述的方法得到的有機(jī)薄膜晶體管。
【文檔編號(hào)】H01L51/05GK103746075SQ201410011958
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月11日
【發(fā)明者】馬良 申請(qǐng)人:馬良