一種柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法，具體設(shè)及采用=層 絕緣層制備柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性有機(jī)場效應(yīng)晶體管由于成本低廉、材料來源廣泛、可低溫大面積制備等優(yōu)點(diǎn)， 可廣泛運(yùn)用于射頻標(biāo)簽、柔性顯示、大面積傳感器陣列和大規(guī)模集成電路等。柔性有機(jī)場效 應(yīng)晶體管具有可折疊、質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在低功耗和便攜性電子等方面具有廣闊 的應(yīng)用前景。但是由于大多數(shù)的柔性器件操作電壓過高，照成實(shí)際電路的功耗較大，因此難 W大規(guī)模應(yīng)用。為了減小柔性有機(jī)場效應(yīng)晶體管的操作電壓W及提高器件的遷移率，許多 課題組進(jìn)行了大量的研究。
[0003] 柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管的絕緣層不僅要求較高的絕緣性W阻止柵電極與 半導(dǎo)體溝道間的電荷泄露，還要求可實(shí)現(xiàn)較大的遷移率和晶體管的低電壓操作。由于柔性 晶體管的特點(diǎn)，一般還要求絕緣層能夠在機(jī)械變形時(shí)能夠保持穩(wěn)定。目前柔性低電壓有機(jī) 場效應(yīng)晶體管常用的聚合物材料包括：無機(jī)金屬氧化物材料、聚合物絕緣材料、自組裝絕 緣材料和復(fù)合雜化絕緣材料。由于聚合物絕緣材料和柔性襯底具有良好的兼容性，因此 被廣泛運(yùn)用于柔性有機(jī)場效應(yīng)晶體管中，包括：聚乙締化咯燒酬（PVP)、聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)和聚乙締醇（PVA)等。其中交聯(lián)聚合物是一種良好的聚合物絕緣層，但是交聯(lián)聚合 物作為柵絕緣層的主要限制因素為：較高的反應(yīng)溫度使得制備過程難W和柔性襯底兼容， 交聯(lián)聚合物需要使用交聯(lián)劑，交聯(lián)劑一般容易受溫度和水氣的影響，從而影響器件的性能。 2002 年，Kla址課題組化1日址 H,化Iik M, Zschieschang U，Schmid G, Radl化 W, Weber W，J. Appl. Phys. 2002,92, 5259)首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了交聯(lián)聚合物PVP作為一種極佳的聚合物 絕緣層。但之后的很長一段時(shí)間沒有引起人們的廣泛關(guān)注。2009年，Bao等人采用聚乙締 化咯燒酬（PV巧與HAD交聯(lián)，制備出了光滑無孔絕緣層薄膜，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了柔性低電 壓操作的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，器件并具有較高的遷移率及較大的開關(guān)比。但由于聚乙締化 咯燒酬（PV巧材料存在徑基官能團(tuán)，容易吸收空氣中的水分，因此器件電學(xué)性能具有明顯 的回滯曲線，照成器件性能的不理想。2013年Bao的課題組改良了交聯(lián)方法（Wang C，Lee W Y,化kajima R, Chem. Mater.，2013, 25 (23)，4806.)。采用硫醇稀法處理聚乙締化咯燒酬 (PVP)，去除材料表面的徑基基團(tuán)從而隔離了水分和氧氣對于絕緣層的影響。采用運(yùn)種方法 處理后的絕緣層制備的器件消除了回滯曲線，但是器件的遷移率卻下降了。
[0004] 目前，人們對于柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管的性能提出更高的要求，包括：較高 的空穴遷移率，較大的開關(guān)比，較低的闊值電壓，無回滯現(xiàn)象，在空氣中能夠長時(shí)間保持穩(wěn) 定。目前采用的交聯(lián)聚合物制備絕緣層的方法存在反應(yīng)溫度較高、制備方法復(fù)雜和難W同 時(shí)實(shí)現(xiàn)高遷移率和無回滯曲線等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽〇化]發(fā)明目的：為了發(fā)揮交聯(lián)聚合物絕緣層的優(yōu)勢，同時(shí)解決聚合物不穩(wěn)定的問題，審U 備出在遷移率、穩(wěn)定性、偏壓效應(yīng)等電學(xué)特性有突破的有機(jī)場效應(yīng)晶體管。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] ：本發(fā)明提供一種柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管制備方法。采用=層聚 合物作為絕緣層，促進(jìn)上層半導(dǎo)體粒子生長，提高有機(jī)場效應(yīng)晶體管的電學(xué)性質(zhì)，包括遷移 率、偏壓穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性、彎曲穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明的目的通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0008] 一種柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管，包括源漏電極、半導(dǎo)體層、絕緣層，所述絕緣 層為從上到下依次有高絕緣性聚合物層、高介電常數(shù)材料聚合物層和高絕緣性聚合物層。
[0009] 優(yōu)選地，所述高絕緣性聚合物層中高絕緣性聚合物為聚甲基丙締酸甲醋。
[0010] 優(yōu)選地，所述高介電常數(shù)材料聚合物層中高介電常數(shù)材料聚合物為聚乙締化咯燒 酬。
[0011] 優(yōu)選地，所述高絕緣性聚合物層中高絕緣性聚合物為聚甲基丙締酸甲醋。
[0012] 優(yōu)選地，所述高絕緣性聚合物與高介電常數(shù)材料聚合物和高絕緣性聚合物依次旋 涂于所述絕緣層。
[0013] 上述有機(jī)場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括如下步驟：
[0014] (1)配置高絕緣性聚合物溶液，高絕緣性聚合物，溶于乙酸乙醋；
[0015](2)配置交聯(lián)高介電常數(shù)材料聚合物溶液：采用酸酢類化合物作交聯(lián)劑，選用高 溶解度含醋溶劑，選用基于該聚合物單體的有機(jī)堿做催化劑；
[0016] 做選擇150μm塑料陽T襯底作為基化清洗干凈基片后烘干；
[0017] (4)在干凈的基片表面上蒸鍛300納米厚的侶電極 陽01引 妨旋涂步驟（1)配置好的高絕緣性聚合物溶液，厚度為40-50nm ;然后在其上旋 涂交聯(lián)高介電常數(shù)材料聚合物溶液，厚度為30-40nm;最后旋涂步驟（1)配置好的高絕緣 性聚合物溶液，厚度為IO-ISnm ;
[0019](6)將旋涂完的片子放入氮?dú)庀渲泻娓桑罄鋮s；
[0020] (7)在絕緣層上真空蒸鍛半導(dǎo)體材料和源漏電極。
[0021] 優(yōu)選地，步驟（1)中所述高絕緣性聚合物溶液為聚甲基丙締酸甲醋溶液。
[0022] 優(yōu)選地，步驟（2)中所述高介電常數(shù)材料聚合物溶液為交聯(lián)聚乙締化咯燒酬溶 液。
[0023] 優(yōu)選地，步驟似中所述交聯(lián)劑為4, 4' -(六氣異亞丙基）二獻(xiàn)酸酢，所述溶劑為 丙二醇甲酸醋酸醋，所述催化劑為=乙胺。
[0024] 優(yōu)選地，步驟（5)所述旋涂高絕緣性聚合物溶液，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn)55-65 秒；所述旋涂高介電常數(shù)材料聚合物溶液，轉(zhuǎn)速為1500-2500轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn)35-45S。所述旋 涂高絕緣性聚合物溶液，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn)35-45秒；
[0025] 優(yōu)選地，步驟（7)所述真空蒸鍛半導(dǎo)體材料為并五苯，蒸鍛速率為化7A/S，真空度 控制在6 X 10 4Pa-IO 5pa，采用晶振控制厚度在40-60皿。步驟（6)所述真空蒸鍛源漏電極 為金，蒸鍛速率為0.06A/S，真空度控制在6 X 10 V-IO Spa,采用晶振控制厚度在30-50皿。 陽0%] 優(yōu)選地，S層聚合物旋涂完后的總厚度控制在30-50nm，半導(dǎo)體層的厚度為 40-60nm，源漏電極為 30-50nm。
[0027] 有益效果：
[0028] 1、本發(fā)明利用高介電常數(shù)材料的聚合物與電絕緣性較好的聚合物優(yōu)勢的結(jié)合，審U 備出=絕緣層的柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管，從遷移率、操作電壓、器件穩(wěn)定性等角度驗(yàn) 證。利用原子力顯微鏡圖像（AFM)，W及通過測出絕緣層上的液體接觸角計(jì)算出絕緣層的表 面能等不同的表征手段進(jìn)行綜合分析，最終找到了電學(xué)性能最好的絕緣層結(jié)構(gòu)。
[0029] 2、本發(fā)明采用了 =層聚合物作為絕緣層，結(jié)構(gòu)如圖1所示，遷移率與雙層結(jié)構(gòu)相 比，提高了 2倍，達(dá)到Icm2As W上，并且制備的柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管也可W在加 熱到100度時(shí)仍具備較高的遷移率，除此之外，其幾乎沒有回滯現(xiàn)象。并且從AFM、接觸角等 方面進(jìn)行分析也可W進(jìn)一步得到認(rèn)證。
[0030] 3、所述基于=層聚合物修飾的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，采用吉時(shí)利4200測試分析儀 器進(jìn)行測試，可W取得較高的開態(tài)電流，計(jì)算得到的遷移率在Icm 2As W上。將測試數(shù)據(jù)繪 制的轉(zhuǎn)移曲線，如圖2所示，輸出曲線，如圖3所示。相對于雙絕緣層器件，遷移率與開關(guān)比 都有很大提局。
[0031] 4、所述基于=層絕緣層的柔性低電壓有機(jī)場效應(yīng)晶體管，除了具有較高的遷移率 之外，明顯的消除了回滯現(xiàn)象，如圖4所示，運(yùn)說明絕緣層和半導(dǎo)體界面的缺陷很少，不會 在施加?xùn)艍簳r(shí)捕獲載流子。