一种有机场效应管取向层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种用于有机场效应管的取向层，一种用来形成该种取向层的方法和一种使用该取向层作为绝缘层，从而提高有机场效应管（ＯＦＥＴ）载流子迁移率的新型器件方法。该取向层由聚酰亚胺（ＰＩ）类聚合物制成，并经过光取向处理。根据本发明专利技术，在ＰＩ取向层上取得了良好的取向效果，可以改善有机半导体传输层的分子排列秩序度，提高有机半导体传输层的载流子迁移率。因此一个采用该取向层作为绝缘层的有机场效应晶体管（ＯＦＥＴ）的沟道载流子迁移率特性获得了很大改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机场效应晶体管(OFET)
，具体涉及一种具有优良取向特性的取向层及其制备方法和应用。
技术介绍
场效应晶体管(FET)是利用栅极电压来控制沟道电流的通断，从而形成所需的开关特性。有机场效应晶体管(OFET)或有机薄膜晶体管(OTFT)是用有机半导体聚合物作为绝缘层和有机半导体传输层，原理与普通的场效应管是一致的。与无机电子器件相比，有机电子器件制备方法简单，成本低廉，适合制作大面积器件，而且还可以制备在聚合物基片上，得到柔性器件，因此，具有十分广阔的应用前景。自A.Tsumura等人[1]首次用聚噻吩为半导体材料制备得到OTFT后，OTFT的性能得到了不断的提高，Y.-Y.Lin等人[2]用并五苯材料得到了载流子迁移率为1.5cm2/Vs的有机晶体管，开关电流比达到108。在一些应用方面也取得了可喜的成果，其性能完全可以与现在使用的非定形硅晶体管相媲美，同时它在制造成本，制造条件上则远远优于非定形硅晶体管。虽然如此，在一些要求较高的应用方面，有机场效应晶体管还是存在很大不足，尤其是在载流子迁移率方面和开关电流比方面。由于很多有机半导体聚合物除了具有一般半导体的性质外，还具有与液晶相似的许多性质，又由于有机半导体晶体管的结构也与LCD有某些相似性，所以可以借鉴LCD领域的一些技术手段。传统的摩擦取向法是通过在衬底上形成一层诸如聚酰亚胺(PI)和聚酰胺之类的有机聚合物薄膜，固化该薄膜，然后使用诸如棉布，人造丝，尼纶等来摩擦该产物的方法形成取向层。这种用来形成取向层的方法简单容易，并且非常有效，得到工业界的广泛采用。但是，摩擦过程中产生的大量的粉尘和带电粒子可能会附着在该取向层上，造成污染，增大取向层的缺陷密度；而且，人造丝、尼纶等表面不平整性，可能会导致取向的不均匀性；并且，在摩擦过程中所产生的静电电荷也会对OFET的开关特性产生影响，严重的话可能会击穿OFET的沟道，破坏OFET器件。为解决上述问题，我们尝试使用非接触式取向技术。因为液晶分子的排列并不是因为取向层表面沟纹的存在，而是由于液晶表面与液晶分子之间的相互作用引起的[3]，所以研究人员开展了非接触取向技术研究，主要有斜方蒸镀法，LB(Langmuir-Blodgett)膜法，照相平版印刷法，光取向法等。特别是用偏振光照射基板上的涂膜，使之产生液向性的光取向法因其简便易行，研究较多。早在上世纪八十年代中叶，M.Schardt等人就开发出了一种新型的液晶取向技术，即偏振紫外光聚合物(Liner Photopolymerization by Polarized UVLight，LPP)，其基本原理是利用紫外光敏聚合物单体材料的光化学反应，使涂有这种光敏材料的基板表面或光敏聚合物单体形成的网络产生各向异性特征，从而使液晶分子在这种各向异性力的作用下定向排列，这种工艺技术克服了摩擦技术的缺点，同时使摩擦技术所无法实现的，充分改善液晶显示器视角的多畴工艺得以实现。我们将借鉴这一技术，用于OFET的制备领域，开发一种不会产生灰尘或者静电的非接触式光学取向方法。根据这样一种无损取向方法，线偏振紫外光照射到光取向层上，使光取向层具有取向特性，并由此均匀的诱导取向有机半导体传输层，改善有机半导体传输层的载流子迁移率特性。用于光取向的聚合物材料主要包括肉桂酸酯类，香豆素类，光致异构类以及聚酰亚胺(PI)等。光控取向的机理从不同角度可以分为体诱导和表面诱导，光聚合，光分解和光异构等[3，4]。其中，光致聚合作用的取向层材料通常是肉桂酸酯类，含光活性基团的聚酰亚胺类和非对称的香豆素类；光致异构作用的取向层材料通常是光致异构类材料；光分解作用的取向层材料，根据现有报道，[5]主要是用于摩擦的单体中含有环丁烷，环己烷，环戊烷等结构单元的聚酰亚胺类聚合物。参考文献[1]A.Tsumura，H.Koezuka，and T.Ando，Appl.Phys.Lett.，49，1210(1986). Y.-Y.Lin，D.J.Gundlach，S.F.Nelson，and T.N.Jackson，IEEE Electron Device Letters，18，606(1997). S.Gong，J.Kanicki，M.Lan，et al.，Jpn.J.Appl.Phys.38，5996(1999). E.Kim，O.Park，H.Li，et al.，IDW’97，105-108(1997). M.Nishikawa，J.L.West，Mol.Cryst.& Liq Cryst.，333，165(1999).
技术实现思路
本专利技术的目的如下(a)提供一种用于有机场效应管的具有优良取向特性的取向层；(b)提供一种用来形成该种取向层的方法；(c)提供一种采用这种取向层作为绝缘层的有机场效应晶体管(OFET)。以解决有机场效应晶体管(OFET)中沟道载流子迁移率较低的问题。本专利技术包括三个内容一种具有优良取向特性的取向层；一种制备该种取向层的方法和一种以该种取向层作为绝缘层的有机场效应晶体管(OFET)。本专利技术提供的具有优良取向特性的取向层，是一种聚酰亚胺(PI)类聚合物组成(如图1中的3所示或如图2中的3所示)。此聚酰亚胺(PI)单体中含有环丁烷，环己烷，环戊烷等结构单元，或主链上含有乙缩醛结构。这些聚合物，从聚合物分子不受热劣化，可易于形成运动状态考虑，玻璃化温度最好低于200℃。本专利技术提供的用来形成该聚酰亚胺(PI)取向层的方法，其包括以下步骤(a)在一个衬底上形成一个成膜性能良好，性能稳定的聚酰亚胺(PI)层(取向层，绝缘层)；(b)将线偏振紫外光照射到所制成的聚酰亚胺(PI)绝缘层(取向层)上，对其进行取向处理。结合附图2～5，我们可以更直观，更详细的了解此方法的具体内容。如图2所示，3表示沉积在此衬底上的聚酰亚胺(PI)取向层，2表示ITO(氧化铟锡)图形，1表示某种衬底结构，在线偏振紫外光的照射下，进行取向处理。图3表示第一次光照前PI层的分子长轴分布情况，很明显，在各个方向的分布是均匀的，在图上表示出来，就是在与偏振方向垂直和平行的方向内具有同等程度的分布。图4是经过线偏振紫外光照射后的PI层分子取向情况。由于与PI分子链取向平行的紫外光子被吸收，从而造成在与该线偏振紫外光平行方向的分子支链被打断，正如图4所示。图5表示经过线偏振紫外光照射(图4的步骤)后，所显示的PI层，此时，经过一定强度的线偏振紫外光照射后，由于与该线偏振紫外光平行方向的分子支链被打断，就造成与该线偏振方向垂直的方向的支链占据一定优势，从而造成了PI分子的取向排列，从而达到了我们的处理目的。在用偏振紫外光进行取向处理的过程中，所用的紫外光源可以为低压水银灯，高压水银灯，重氢灯，金属卤化物灯，氩共鸣灯，氙灯，准分子激光等，光谱峰值优选为320～450nm波长的紫外线，功率密度为5～30mW/cm2。上述优选波长区域的紫外线，可通过与上述光源并用滤光片，衍射栅等方法获得，为简便起见，也可与上述光源一起使用偏振光板。应用本专利技术所述取向层的有机场效应晶体管(OFET)，如图1所示，包括用作下衬底的玻璃基板(1)；形成于下衬底之上的ITO层(2)，兼作此OFE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机场效应晶体管的取向层，其特征在于由聚酰亚胺类（记为ＰＩ）聚合物组成，其单体中含有环丁烷、环己烷、环戊烷结构单元或主链上含有乙缩醛结构。

【技术特征摘要】
1.一种有机场效应晶体管的取向层，其特征在于由聚酰亚胺类(记为PI)聚合物组成，其单体中含有环丁烷、环己烷、环戊烷结构单元或主链上含有乙缩醛结构。2.根据权利要求1所述的取向层，其特征在于所述聚合物的玻璃化温度低于200℃。3.根据权利要求1所说的取向层，其特征在于该取向层涂敷在ITO电极上，而该ITO电极沉积在基板上。4.根据权利要求1所说的取向层，其特征在于聚酰亚胺取向层经过了光取向处理。5.一个形成如权利要求1所述取向层的方法，其特征在于包括以下步骤(a)在一个ITO电极上形成聚酰亚胺类绝缘层；(b)将线偏振紫外光照射到所制成的绝缘层上，利用光分解效应对其进行取向处理。6.根据权利要求5所说的形成取向层的方法，其特征在于所述绝缘层的单体中含有环丁烷，环己烷，环戊烷结构单元或主...

【专利技术属性】
技术研发人员：许军，李岩川，黄维，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]