一种有机双极型场效应晶体管及其制备方法技术

一种有机双极型场效应晶体管，为在Al源、漏电极与P型有机半导体层之间插入V2O5修饰层的底栅中间接触结构，由衬底、栅电极、电介质绝缘层、P型有机半导体层、V2O5修饰层、Al源、Al漏电极和N型有机半导体层组成并依次叠加；其制备方法为：在玻璃衬底氧化铟锡栅电极上，甩膜旋涂绝缘层，在绝缘层上蒸镀P型有机半导体层，再利用掩膜板先后蒸镀V2O5修饰层和金属源、漏电极，最后在复合电极上蒸镀N型有机半导体层。本发明专利技术的优点：该结构器件可减小源、漏电极与P型有机半导体层之间的接触势垒，提高空穴的注入能力，实现良好平衡的双极型电流输出特性，是制备低成本、高性能的双极型有机场效应管较为简单适用的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机电子器件制备，特别是一种有机双极型场效应晶体管的构型和制备方法。
技术介绍
有机场效应晶体管(0FET)，因其良好的柔韧性、制造工艺简单、适合低温、低成本和大面积集成及在电子信息领域的巨大应用潜力而受到广泛关注。近年来随着单极型OFET发展到非晶硅器件的水平，实际的应用研究被提到了日程。OFET的重要应用领域之一是集成电路，而构筑闻效的有机集成电路、闻噪声容限、低功耗的互补电路是不可缺少的技术。这就需要OFET在双极型的模式下工作，即在单一器件中同时存在电子和空穴沟道。因而双极型有机场效应晶体管(AOFET)成为有机电子器件领域的研究热点。AOFET器件结构主要分为单层双极性材料、混合体异质结和双层异质结三种。其中双层异质结的AOFET由于可以方便有效的将高迁移率的P型和N型材料结合于同一晶体管而且有利于成膜的有序度，是实现制备高性能AOFET的重要方法。然而，虽然这种结构的AOFET研究取得了很大的进展，但与同种材料单极型器件相比，性能还低很多，两种载流子的注入也不平衡，很大程度上限制了其实际应用。金属源、漏极与有机材料之间的接触问题是影响AOFET器件性能提高的重要原因之一。因而，选择合适的金属电极材料，降低接触势垒是AOFET研究工作中亟待解决的问题。目前大多数报道的AOFET中均采用金属Au作为对称源、漏电极，Au虽然具有较高的功函数适用空穴的注入，但不利于电子的注入，不能形成两种载流子共存的传输沟道。金属Al相对于Au来讲，具有低成本、良好接触特性等优点，被广泛应用于集成电路，但是其功函数太低，影响空穴的注入。而高功函数的过渡金属氧化物(WO3、MoO3、V2O5)修饰金属电极，可以有效改善电极与有机半导体之间的接触，提高空穴的注入。因而，把用过渡金属氧化物材料修饰电极引进制备A0FET，对于降低其成本、提高其性能是一种新的重要途径。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述存在问题，提供，该有机双极型场效应晶体管为在Al源、漏电极与P型有机半导体层之间插入V2O5修饰层的底栅中间接触结构，以提高器件双极型电流的平衡输出。本专利技术的技术方案一种有机双极型场效应晶体管，为在Al源、漏电极与P型有机半导体层之间插入V2O5修饰层的底栅中间接触结构，由衬底、栅电极、电介质绝缘层、P型有机半导体层、V2O5修饰层、Al源、Al漏电极和N型有机半导体层组成并依次叠加，其中N型有机半导体层截面呈T型并分别与Al源、Al漏电极、V2O5修饰层和P型有机半导体层接触；所述衬底为玻璃；所述栅电极为氧化铟锡(ΙΤ0)，电阻为10Ω/ □，厚度为O. 7cm;所述电介质绝缘层为有机物PMMA，Mw为996，000，厚度为390nm ;所述P型有机半导体层为并五苯(Pentacene)，纯度为99. 99%，厚度为20nm ;所述修饰层为过渡金属氧化物V2O5,纯度99. 9%，厚度为IOnm ;所述源、漏电极为Al源、漏电极，厚度为IOnm ;所述N型有机半导体层为C6tl，纯度为99. 9%，厚度为 30nm。一种所述有机双极型场效应晶体管的制备方法，步骤如下I)在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上，将ITO图样化成栅电极，用去离子水、丙酮、异丙醇依次超声波清洗后放入红外线干燥箱里干燥I小时，以除去其表面多余的试剂，氧化铟锡电阻为10 Ω/□，厚度为O. 7cm；2)在上述图样化栅电极衬底上利用旋涂甩膜方法旋涂一层PMMA作为绝缘层，PMMA浓度为50mg/ml，厚度为390nm，转速为低速800转/分、高速1800转/分，旋涂之后，在120°C的Ar环境下退火处理2h ； 3)在上述绝缘层上，以O.丨A/s的速率真空蒸镀沉积并五苯有源层，纯度为99. 99%，厚度为20nm，真空度为2 X KT4Pa ；4)在上述并五苯有源层上，采用掩膜板，其沟道长度和宽度分别为80μπι和5mm,以0.3 A/s的速率蒸镀IOnm厚、纯度为99. 9%的V2O5作为源、漏电极修饰层，真空度为2 X l(T4Pa;；5)在V2O5修饰层上，继续使用沟道长度和宽度分别为80 μ m和5mm的掩膜版，以0.3 A/s的速率蒸镀150nm厚的Al，作为源、漏电极，真空度为2X KT4Pa ；6)在Al源、漏电极上，以0.2 A/s的速率真空蒸镀沉积C6tl，纯度为99.9%，厚度为30nm，真空度为 2Xl(T4Pa。本专利技术的技术分析I)该底栅中间结构有机双极型场效应晶体管，采用V2O5修饰Al源、漏电极，可以使器件源漏电极与P型有机半导体层有较好的能级匹配。V2O5的价带正好位于Al的功函数和并五苯的HOMO能级之间，使并五苯的HOMO和V2O5的价带之间的能级差降至O. 3eV,起到了缓冲的作用，降低了空穴势垒，减少了接触电阻，提高了空穴的有效注入。此外，V2O5修饰层可以阻挡Al原子对并五苯层的渗透和损伤，起到保护有源层的作用，减小界面偶极层效应，有助于提高了空穴的有效注入。2)该底栅中间结构有机双极型场效应晶体管，采用底栅中间接触结构，可以使C6q有机半导体层与Al电极形成底接触，C60的LUMO能级和Al功函数之间的能级差为O. 2eV,非常有利于电子的有效注入。基于以上两点，该底栅中间结构有机双极型场效应晶体管总体效果可以实现器件平衡的双极型电流的输出。本专利技术的优点和积极效果该底栅中间结构有机双极型场效应晶体管能够获得良好的双极型电流传输特性，呈现很好的电流对称性；采用厚度为IOnm的V2O5作为修饰层，可以使电子迁移率达到了8. 6X l(T2cm2/Vs，阈值电压为25V，空穴迁移率达到了 6. 4X l(T2cm2/Vs，阈值电压为-25V，与未插入V2O5修饰层的器件相比，器件性能显著的提高；该底栅中间结构有机双极型场效应晶体管，可为制备低成本、高性能的双极型有机场效应管提供一种简单有效、易于实施的方法，便于推广应用。附图说明附图为该有机双极型场效应晶体管结构不意图。图中1.衬底 2. ITO栅电极 3.PMMA层4. P型有机半导体并五苯层5.V2O5修饰层6. Al漏电极 7. Al源电极 8. N型有机半导体C6tl层。具体实施方式实施例一种有机双极型场效应晶体管的制备方法，步骤如下I)在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底上，将ITO图案化为栅电极，用去离子水，丙酮，异丙醇中依次超声波清洗后放入红外线干燥箱里干燥I小时以除去其表面多余的试剂，氧化铟锡电阻为10 Ω/□，厚度为O. 7cm； 2)在上述图样化栅电极衬底上利用旋涂甩膜方法旋涂一层PMMA作为绝缘层，PMMA浓度为50mg/ml，厚度为390nm，转速为低速800转/分、高速1800转/分，旋涂之后，在120°C的Ar环境下退火处理2h 3)在绝缘层上，以OJ A/s的速率真空蒸镀沉积并五苯有源层，纯度为99. 99%，厚度为20nm，真空度为2 X KT4Pa ；4)在并五苯有源层上，使用长度和宽度分别为80μηι和5mm的掩膜版，以(O Azsti^速率蒸镀IOnm厚、纯度为99. 9%的V2O5作为源、漏电极修饰层，真空度为2X 10_4Pa ；5)在V2O5修饰层上，继续使用长度和宽度分别为80 μ m和5mm的掩膜版，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机双极型场效应晶体管，其特征在于：为在Al源、漏电极与P型有机半导体层之间插入V2O5修饰层的底栅中间接触结构，由衬底、栅电极、电介质绝缘层、P型有机半导体层、V2O5修饰层、Al源、Al漏电极和N型有机半导体层组成并依次叠加，其中N型有机半导体层截面呈T型并分别与Al源、Al漏电极、V2O5修饰层和P型有机半导体层接触；所述衬底为玻璃；所述栅电极为氧化铟锡（ITO），电阻为10Ω/□，厚度为0.7cm；所述电介质绝缘层为有机物PMMA,Mw为996，000，厚度为390nm；所述P型有机半导体层为并五苯（Pentacene），纯度为99.99%，厚度为20nm；所述修饰层为过渡金属氧化物V2O5，纯度99.9%，厚度为10nm；所述N型有机半导体层为C60，纯度为99.9%，厚度为30nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程晓曼，赵庚，田海军，吴仁磊，郑宏，杜博群，梁晓宇，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：