一种有机场效应晶体管结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机场效应晶体管结构及其制备方法。该晶体管结构包括绝缘衬底、有源层、栅介质、源漏电极和栅电极。其中有源层位于绝缘衬底上表面，栅介质层和源、漏电极位于有源层上表面，栅电极位于栅介质层上表面。栅介质采用光敏聚乙烯醇，这种材料能够在光照作用下进行交联，直接形成高质量的绝缘薄膜。本发明专利技术所提出的有机场效应晶体管结构简单，能够直接形成顶接触式源漏电极，有利于提高载流子注入。本发明专利技术提供的有机场效应晶体管的制备方法，源、漏电极和栅电极采用自对准工艺制备，两者一次成形，大幅度减小工艺复杂度和难度。栅介质采用光照交联，避免了高温工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机电 子学
，特别涉及。
技术介绍
随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大，传统的基于无机半导体材料的器件和电路在技术和成本方面难于满足这些要求，因此可以实现这些特性的基于有机半导体材料的微电子技术在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。有机场效应晶体管作为有机电路的基础元器件，其性能对电路的性能起着决定性的作用。除了所用材料对器件性能的影响外，有机场效应晶体管的结构对其性能也有较大的影响。有机场效应晶体管通常由衬底、栅电极、栅介质、有机半导体和源漏电极等五个部分组成。根据这几个部分的位置分布，有机场效应晶体管可以分为顶栅顶接触、顶栅底接触、底栅顶接触和底栅底接触等四种结构。其中“接触”指的是源、漏电极和有源层之间的接触。大量实验证明，源、漏电极处于有源层上表面形成“顶接触”所产生的接触电阻相对比较小。采用顶接触能够大幅度地提高有机场效应晶体管的注入电流。通常所用来制备顶接触器件的技术为镂空掩模蒸发技术，采用镂空掩模定义电极的形状和尺寸。该技术由于镂空掩模本身的制备难度和制备电极过程中镂空掩模和衬底之间有相对较大的间隙，从而使得所制备出来的电极尺寸较大，并且图形形状比较受限，不能够用来制备规模较大的电路。因此迫切需要一种高分辨率的能够制备各种复杂图形的有机场效应晶体管结构及其制备方法。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的—种有机场效应晶体管结构，包括绝缘衬底；位于该绝缘衬底之上的有源层；位于该有源层之上的栅介质层、源电极和漏电极；以及位于该栅介质层之上的栅电极。上述方案中，所述源电极和漏电极分别与所述有源层形成顶接触式结构，所述栅电极与所述有源层形成顶栅结构。上述方案中，所述源电极、漏电极以及栅介质层位于同一平面上的不同区域，源电极和漏电极均被栅介质层包围，使得器件彼此之间互相隔离。上述方案中，所述源、漏电极与栅电极之间没有重合的区域。上述方案中，所述绝缘衬底为长有绝缘薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜。上述方案中，所述有源层采用并五苯、酞菁铜CuPc、P3HT、噻吩和有机半导体材料红荧稀制作而成。 上述方案中，所述栅介质层为光敏的聚乙烯醇薄膜。上述方案中，所述源、漏电极采用金属材料金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁或铬，以及导电有机物PED0T:PSS制作而成。上述方案中，所述栅电极采用金属导电材料金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁或铬，以及导电有机物PED0T:PSS制作而成。—种有机场效应晶体管的制备方法，包括在绝缘衬底上制备有源层；在有源层上制备图形化的栅介质层；在栅介质层上同时制备源、漏电极和栅电极，完成器件的制备。上述方案中，所述有源层薄膜通过真空热沉积、旋涂技术来形成。上述方案中，所述栅介质层通过旋涂技术制备，薄膜的图形化通过光刻技术实现。上述方案中，所述源、漏电极和栅电极是通过采用电子束蒸发技术在栅介质层上沉积金属薄膜，在栅介质层图形的作用下一次性成形。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果I、利用本专利技术，通过使用水溶性的光敏栅介质，可以直接在有机半导体薄膜表面制备电极图形，从而形成顶栅顶接触结构的有机场效应晶体管。2、利用本专利技术，通过使用顶接触式源漏电极，大幅降低了器件的接触电阻，提高器件的注入电流。3、利用本专利技术，通过使用自对准的技术，使得源、漏电极和栅电极同时成形，有效简化了器件的制备工艺。4、利用本专利技术，通过使用经光照就能够使其交联的聚乙烯醇薄膜作为栅介质，大幅度降低了器件的加工温度，从而实现全套的低温工艺。附图说明为了更进一步说明本专利技术的内容，以下结合附图及实施例子，对本专利技术做详细描述，图I (a)是本专利技术提供的有机场效应晶体管结构的剖视图图I (b)是本专利技术提供的有机场效应管结构的俯视图，虚线框内为一个器件；图2-1至图2-4是依照本专利技术第一实施例制备有机场效应晶体管结构的示意图；图3-1至图3-4是依照本专利技术第二实施例制备有机场效应晶体管结构的示意图；其中，绝缘衬底101，有源层102，栅介质103，源、漏电极104，栅电极105。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术通过使用水溶性的光敏栅介质，可以直接在有机半导体薄膜表面通过光刻技术制备出高分辨率的复杂图形，进一步通过金属薄膜复制光敏栅介质的图形形成精细的电极图形。同时通过使用自对准的技术，使得源、漏电极和栅电极同时成形，有效简化了器件的制备工艺。通过使用经光照就能够使其交联的聚乙烯醇薄膜作为栅介质，大幅度降低了器件的加工温度，从而实现全套的低温工艺。本专利技术为采用顶栅顶接触结构的有机场效应晶体管制备有机电路提供一种可行的技术方案。基于上述实现原理，本专利技术提供的有机场效应晶体管结构如图1(a)和图1(b)所示，包括绝缘衬底101,位于该绝缘衬底之上的有源层102,位于该有源层之上的栅介质层103、源电极和漏电极104，以及位于该栅介质层之上的栅电极105。其中，源电极和漏电极 分别与有源层形成顶接触式结构，栅电极与有源层形成顶栅结构。源电极、漏电极以及栅介质层位于同一平面上的不同区域，源电极和漏电极均被栅介质层包围，使得器件彼此之间互相隔离。源、漏电极与栅电极之间没有重合的区域，能够大幅度降低寄生电容。源、漏电极采用金属材料金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁或铬，以及导电有机物PEDOT:PSS制作而成，栅电极采用金属导电材料金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁或铬，以及导电有机物PED0T:PSS制作而成。绝缘衬底101为电极和有机薄膜层的支撑部分，衬底应具有较低的表面粗糙度和一定的防水汽和氧气渗透的能力，一般采用长有绝缘薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜等。有源层102为厚度小于IOOnm的有机半导体薄膜，所用的有机半导体材料包括，但不限于，并五苯、酞菁铜(CuPc)、P3HT、噻吩和红荧稀有机半导体材料。其中材料可以是单晶、多晶、无定形状态。栅介质103为光敏的聚乙烯醇(PVA)薄膜，通过光刻技术对其进行图形化，源、漏电极位置区域的PVA薄膜在显影过程中溶解到水溶液中，而栅电极位置区域的PVA薄膜保留，作为栅介质层。源、漏电极104和栅电极105是具有一定厚度的金属或者氧化物、有机物导电薄膜，包括但不限于，金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁、铬金属材料和导电有机物PEDOT: PSS。两种电极薄膜为同一次沉积过程制备的薄膜，通过复制PVA薄膜的图形区分为源、漏电极和栅电极区域。以下通过实施例具体说明本专利技术，但本专利技术不被这些实施例限定。实施例I该实施例的剖面图如图2-1至图2-4所示，其中包括绝缘衬底201，有源层202，栅介质203，源、漏电极204，栅电极205。绝缘衬底为表面长有300nm氧化硅的硅片，有源层为50nm的并五苯薄膜，栅介质为经过交联的200nm光敏聚乙烯醇薄膜，源、漏电极和栅电极为50nm的金薄膜。该实施例的制备方法如下如图2-1所示，准备衬底201。用浓硫酸双氧水混合溶液对硅衬底进行清洗，然后用大量去离子水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机场效应晶体管结构，其特征在于，包括 绝缘衬底； 位于该绝缘衬底之上的有源层； 位于该有源层之上的栅介质层、源电极和漏电极；以及 位于该栅介质层之上的栅电极。2.根据权利要求I所述的有机场效应晶体管结构，其特征在于，所述源电极和漏电极分别与所述有源层形成顶接触式结构，所述栅电极与所述有源层形成顶栅结构。3.根据权利要求I所述的有机场效应晶体管结构，其特征在于，所述源电极、漏电极以及栅介质层位于同一平面上的不同区域，源电极和漏电极均被栅介质层包围，使得器件彼此之间互相隔离。4.根据权利要求I所述的有机场效应晶体管结构，其特征在于，所述源、漏电极与栅电极之间没有重合的区域。5.根据权利要求I所述的有机场效应晶体管结构，其特征在于，所述绝缘衬底为长有绝缘薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜。6.根据权利要求I所述的有机场效应晶体管结构，其特征在于，所述有源层采用并五苯、酞菁铜CuPc、P3HT、噻吩和有机半导体材料红荧稀制作而成。7.根据权利要求I所述的有机场效应晶体管结构，其特征在于，所述栅介质层为光敏的聚乙烯醇薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：商立伟，姬濯宇，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：