本發(fā)明屬于半導(dǎo)體行業(yè)有機(jī)場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

有機(jī)場效應(yīng)晶體管作為電子電路中的基本元器件，因其半導(dǎo)體層材料具有來源廣泛、輕柔、加工工藝簡單的特點，并可應(yīng)用于大面積印刷工藝，非常適合下一代柔性電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來，有機(jī)場效應(yīng)晶體管已取得了快速的發(fā)展，其中基于紅熒烯的單晶場效應(yīng)晶體管遷移率達(dá)到了15cm²/Vs，已經(jīng)超過了無定形硅。

在有機(jī)場效應(yīng)晶體管中，導(dǎo)電溝道位于有機(jī)半導(dǎo)體層內(nèi)靠近柵絕緣層的亞納米尺度范圍內(nèi)。因為柵絕緣層表面的形貌、粗糙度以及表面能這些因素，極大地影響著有機(jī)半導(dǎo)體導(dǎo)電溝道的質(zhì)量。通常，粗糙度小(<1nm)、表面能匹配的柵絕緣層界面有利于有機(jī)半導(dǎo)體的有序堆積和高結(jié)晶度，進(jìn)而提高遷移率、加速晶體管的開關(guān)速度。目前，可通過對柵絕緣層進(jìn)行表面修飾的方式，來降低表面粗糙度、增加表面能匹配。修飾層材料包括聚合物及自組裝單層材料，已經(jīng)研究報道的修飾方式包括高k/低k介電材料匹配(IEEE Electron Device Lett.2015，36，950-2)，聚合物分子量調(diào)控(Adv.Mater.2011，23，1009-14)，誘導(dǎo)垂直相分離(Org.Electron.2015，21，111-6)等。對于聚合物修飾層材料，其本身具有高分子特有的超分子作用力、自組裝及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等分子化學(xué)特征。然而迄今為止，從高分子構(gòu)象變化角度對聚合物修飾層表面進(jìn)行界面性質(zhì)調(diào)控的研究寥寥無幾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決通過調(diào)節(jié)聚合物修飾層分子構(gòu)象進(jìn)而調(diào)控界面性質(zhì)、提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的問題，本發(fā)明提出一種對聚合物修飾層執(zhí)行快速退火的方法。其在現(xiàn)有材料的基礎(chǔ)上不增加工藝、技術(shù)難度，提供一種簡單操作的手段提高聚合物修飾層的表面能均勻性，來增強(qiáng)有機(jī)半導(dǎo)體層和聚合物修飾層之間的表面能匹配，增強(qiáng)有機(jī)半導(dǎo)體層薄膜的結(jié)晶性，提高晶體管的遷移率，具有極強(qiáng)的普適性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是一種通過快速退火提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的方法，包括以下具體步驟：

(1)、制備具有聚合物修飾層的柵絕緣基片；

(2)、對所述柵絕緣基片進(jìn)行快速退火操作；

(3)、在聚合物修飾層上蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體層及源漏電極，制備有機(jī)場效應(yīng)晶體管；

(4)、測試所述晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線，提取對應(yīng)的遷移率，并計算平均遷移率。

進(jìn)一步，上述聚合物修飾層選自側(cè)鏈含有苯環(huán)基團(tuán)的高分子材料。

上述柵絕緣基片包括襯底、柵電極和柵絕緣層。

上述步驟2中，所述快速退火操作是在氮氣手套箱中進(jìn)行，修飾后的基片置于熱臺上6～12h后，快速取下并置于室溫，熱臺的溫度低于聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度。

步驟4中，所述的遷移率提取自轉(zhuǎn)移特性曲線的飽和區(qū)。

上述遷移率的平均遷移率為若干個單元器件遷移率的平均值。作為優(yōu)選，所述若干個至少為3個。

本發(fā)明還提出一種根據(jù)上述通過快速退火提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的方法制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，所述的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，從下至上包括襯底、柵電極、柵絕緣層、聚合物修飾層、有機(jī)半導(dǎo)體層、源漏電極；

所述襯底的材料選自為高摻雜硅片、玻璃片或塑料PET；

所述柵電極采用的材料選自高摻雜硅、鋁、銅、銀、金、鈦或鉭；

所述柵絕緣層采用的材料選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、五氧化二鉭，所述柵絕緣層的薄膜厚度為50～300nm；

所述聚合物修飾層的薄膜厚度為10～30nm；

所述有機(jī)半導(dǎo)體層采用的材料選自并五苯、并四苯、鈦青銅、氟化鈦青銅或紅熒烯；

所述有機(jī)半導(dǎo)體層采用熱真空蒸鍍法成膜，其厚度為40～60nm；

所述源漏電極材料選自具有低電阻的金屬材料金、銀、鋁、銅及合金材料、金屬氧化物材料；

所述源漏電極的制備方法為磁控濺射法、噴墨打印法或真空蒸鍍法，其厚度為60～100nm。

本發(fā)明還提供了上述有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)配置聚合物溶液，其濃度為2～5mg/ml；

(2)選擇合適的襯底材料作為基片，并在襯底上形成柵電極和柵絕緣層，柵絕緣層薄膜的厚度為50～300nm，清洗干凈基片后烘干；

(3)將烘干后的潔凈基片使用紫外臭氧處理3～5min；

(4)將步驟(3)中制備的基片上面旋涂步驟(1)配置好的溶液，控制轉(zhuǎn)速使其薄膜厚度為10～30nm，將旋涂好的基片在手套箱中快速退火；

(5)在步驟(4)中制備好的基片上面真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體層和源漏電極。

優(yōu)選的，步驟(4)中所述的快速退火在氮氣手套箱中進(jìn)行，旋涂后的基片置于熱臺上6～12h后，快速取下并置于室溫；所述熱臺的溫度低于聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度(T_g)。

優(yōu)選的，步驟(5)所述真空蒸鍍的有機(jī)半導(dǎo)體層材料為并五苯，蒸鍍速率為真空度控制在6×10^-5pa～6×10^-4pa，采用晶振控制厚度在40～60nm；所述真空蒸鍍源漏電極為銅，蒸鍍速率控制厚度在60～100nm。

優(yōu)選的，所述源漏電極的材料為金或銅。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管可以通過控制聚合物修飾的退火速度和溫度來控制有機(jī)半導(dǎo)體層的結(jié)晶程度，可實現(xiàn)有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的提高。

2、本發(fā)明與其它方法相比能夠在不需要額外的溝道摻雜工藝的前提下，制備得到表面能優(yōu)化的修飾層薄膜。

3、本發(fā)明可根據(jù)具體選用的聚合物材料靈活調(diào)控退火溫度和速度，易于制備可控的高遷移率有機(jī)場效應(yīng)晶體管。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實例所采用的有機(jī)場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例1提供的快速退火法誘導(dǎo)的有機(jī)半導(dǎo)體結(jié)晶增強(qiáng)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例1提供的快速退火與否的轉(zhuǎn)移特性曲線對比示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例2提供的快速退火與否的轉(zhuǎn)移特性曲線對比示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的作進(jìn)一步說明。其中提到的附圖僅僅適用于下述實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)本發(fā)明中提到的方法獲得其他的附圖。但是，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下述實施例。

實施例1

一種快速退火提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的方法，包括：

(1)、制備具有聚合物修飾層的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；

具體包括如下步驟：實際制備時，實驗室室溫保持在25℃左右，室內(nèi)濕度保存在30％以下。

(a)配置聚合物聚(4-乙烯基苯酚)(PVP，分子量Mw＝11kg/mol,T_g＝130℃)溶液，將PVP用乙酸乙酯作為溶劑配制成溶液，溶度3mg/ml；

(b)選擇表面有300nm二氧化硅的重?fù)诫s硅作為襯底和柵絕緣層，使用丙酮、乙醇、去離子水分別用100KHz超聲清洗10分鐘，其后在120℃的真空烘箱中烘干；

(c)將步驟(b)中烘干的基片放入紫外臭氧中處理3min；

(d)在步驟(c)中處理好的基片表面旋涂步驟(a)中配置好的溶液，薄膜厚度為20nm；

(2)將步驟(1)制備的薄膜置于70℃熱臺上退火，12h后立即取下置于室溫中冷卻備用；

(3)在步驟(2)快速退火后的聚合物薄膜上真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體層和源漏電極。所述的真空蒸鍍半導(dǎo)體材料為并五苯，蒸鍍速率為真空度控制在5×10^-4pa以下，控制蒸鍍薄膜厚度為50nm。制備的半導(dǎo)體層XRD衍射對比示意圖如圖2所示，快速退火誘導(dǎo)下并五苯的結(jié)晶性能得到了大幅度提升；所述真空蒸鍍源漏電極為銅，蒸鍍速率控制厚度在100nm。

(4)、器件制備完成后，其電學(xué)性能由安捷倫B1500半導(dǎo)體分析儀進(jìn)行表征，數(shù)據(jù)處理繪制成的轉(zhuǎn)移曲線如圖3所示。與爐冷的退火方式相比，快速退火法制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管平均遷移率可從0.28cm²/Vs，提高到0.59cm²/Vs，開關(guān)比達(dá)10⁵。

實施例2

一種快速退火提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的方法，包括：

(1)、制備具有聚合物修飾層的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；

具體包括如下步驟：實際制備時，實驗室室溫保持在25℃左右，室內(nèi)濕度保存在30％以下。

(a)配置聚合物聚苯乙烯(PS，分子量Mw＝250kg/mol,T_g＝100℃)溶液，將PS用甲苯作為溶劑配制成溶液，溶度3mg/ml；

(b)選擇表面有300nm二氧化硅的重?fù)诫s硅作為襯底和柵絕緣層，使用丙酮、乙醇、去離子水分別用100KHz超聲清洗10分鐘，其后在120℃的真空烘箱中烘干；

(c)將步驟(b)中烘干的基片放入紫外臭氧中處理3min；

(d)在步驟(c)中處理好的基片表面旋涂步驟(a)中配置好的溶液，薄膜厚度為20nm；

(2)將步驟(1)制備的薄膜置于70℃熱臺上退火，12h后立即取下置于室溫中冷卻備用；

(3)在步驟(2)快速退火后的聚合物薄膜上真空蒸鍍有機(jī)半導(dǎo)體層和源漏電極。所述的真空蒸鍍半導(dǎo)體材料為并五苯，蒸鍍速率為真空度控制在5×10^-4pa以下，控制蒸鍍薄膜厚度為50nm；所述真空蒸鍍源漏電極為銅，蒸鍍速率控制厚度在100nm。

(4)、器件制備完成后，其電學(xué)性能由安捷倫B1500半導(dǎo)體分析儀進(jìn)行表征，數(shù)據(jù)處理繪制成的轉(zhuǎn)移曲線如圖4所示，與爐冷的退火方式相比，快速退火法制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管的平均遷移率可從0.59cm²/Vs，提高到0.80cm²/Vs，開關(guān)比達(dá)10⁵。

所有測試結(jié)果表明，本發(fā)明所涉及的一種快速退火提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管遷移率的方法，操作簡單，便于推廣，適用于側(cè)鏈含有苯環(huán)的聚合物修飾層的有機(jī)場效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明不局限于上述實施例所述的具體技術(shù)方案，凡采用等同替換形成的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。