專利名稱：雙面透光的全有機場效應光電晶體管及其制備方法
技術領域：
本發明涉及場效應光電晶體管技術，具體地講是一種雙面透光的全有機場 效應光電晶體管及其制備方法。
背景技術：
世界各國的科研工作者對有機半導體產生了濃厚的興趣。在過去的二十 多年時間里，有機半導體材料由于具有輕質、廉價以及可與柔性襯底相兼容 等諸多優點而廣泛應用于光電子領域。寬的吸收光譜和高的吸收系數
( 105cm—"，以及化學家們可以裁剪其電學和光電子學特性來滿足特殊的應 用或特殊的光譜范圍，這些都激起人們對有機材料在光電探測和太陽能轉換 等應用方面的特殊興趣。有機材料的低折射率以及與之相應的透明襯底(玻 璃或塑料)都能使光有效地耦合到器件中，從而能得到潛在的高量子效率。 高靈敏度的光電探測器是獲得圖像傳感器的基本部件。
眾所周知，在有機場效應光電晶體管(又稱"有機場效應光敏晶體管"或
"有機光電場效應晶體管")中，場效應晶體管的跨導是用來放大光電流的。 典型的有機場效應光電晶體管具有與有機場效應晶體管(OFETs)相同的結 構，都具有三個導電極(即源極、漏極和基極)以及一層有機半導體層。在 光照期間，有機材料內部產生激子并緊接著分裂為自由載流子，其中的某一 種載流子就被陷在器件內的載流子陷阱中。事實上，有機場效應光電晶體管 是一種不斷內建被陷載流子的集成器件。這種內建載流子不斷改變場效應晶
體管的閾值電壓--這樣就轉化為放大的漏電流。要得到高增益，必須能有效 地產生光生自由載流子、具有良好的場效應晶體管特性以及能有效地捕捉某 一種載流子。至今，對于不同的有機半導體材料，許多人都注意到了光照條 件下有機場效應晶體管的漏電流增強行為。
與有機光電二極管以及有機雙極光電晶體管相比，工作在場效應晶體管 的"關"態下的有機場效應光電晶體管具有較高的增益和信噪比。而且，由于
有機場效應光電晶體管具有與OFETs相似的結構，與其它有機光電探測器相 比，把有機場效應光電晶體管與OFETs集成到電路中會更加直接且簡單。因 此，有機場效應光電晶體管是實現全有機圖像傳感器的很有前景的器件。
傳統結構的有機薄膜晶體管在制作過程中仍需光刻工藝，對有機薄膜的 有序性產生一定的影響，進而影響器件的整體性能；同時，源、漏電極的接 觸電阻和溝道電阻也是影響器件性能的主要因素。有機晶體管由于材料的遷 移率相對較低以及"開/關"電流比依賴于溝道長度等因素，它們的性能和微型 化受到限制。因此，為了適合于工作頻率高的應用，垂直結構的有機晶體管 可以減小溝道長度從而提高工作頻率。
光誘導效應是光電場效應晶體管的工作基礎，其應用非常廣泛。有機場效 應光電晶體管可用作光誘導開關、光觸發放大、探測電路以及在有機場效應 光電晶體管陣列中作為高靈敏度的圖像傳感器。各種有機和聚合物半導體作 成的有機場效應光電晶體管已有報道，如用純的聚噻吩 [poly(3-octylthiophene)]、聚芴、雙功能的螺旋化合物和聚亞苯基乙炔撐 [polyphenyleneethynylene]的衍生物都得到了 0.5-1 A/W的敏感度。
由于并五苯具備獲得高效有機場效應光電晶體管的兩個關鍵因素能提供優良的場效應晶體管特性以及在可見光譜區的高吸收(禁帶寬度為
2.0eV)。因此，我們可以充分利用并五苯和垂直構型場效應晶體管的各自優 點并發揮它們各自的優勢，開發出響應速度快、性能優良的新型場效應光電 晶體管。
發明內容
本發明的目的就是提供一種雙面透光的全有機場效應光電晶體管及其 制備方法，這種雙面透光的場效應光電晶體管能克服傳統結構的有機薄膜光 電晶體管的諸多缺點。
本發明所采用的技術方案是
雙面透光的全有機場效應光電晶體管采用垂直構型器件結構，艮P: 在透明柔性有機襯底上，有透明導電電極作為柵極； 在透明導電柵極上，有透明有機介電絕緣層和有機功能層； 在透明有機介電絕緣層與有機功能層之間，有導電電極作為源極；
在有機功能層上有透明導電電極作為漏極。
該雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法，有如下步驟
(1) 先清洗柔性透明有機襯底，然后將透明導電電極蒸鍍到透明有機
襯底上作為場效應光電晶體管的柵極；
(2) 將透明有機介電絕緣層材料制備到透明導電柵極上；
(3) 將導電電極材料蒸鍍到透明有機介電絕緣層上，形成一定厚度的 導電層作為源極；
(4) 在源極上蒸鍍有機功能薄膜層；
(5) 將透明導電電極材料蒸鍍到有機功能薄膜層上作為漏極，從而完 成整個場效應光電晶體管器件的制備。
本發明的優點是由于這種場效應光電晶體管是在透明襯底上制備的， 并且是用透明有機材料來充當介電絕緣層，導電漏極也是透明導電電極，因 此該有機場效應光電晶體管可以從上下兩面吸收光照。此外，由于該有機場 效應光電晶體管的結構采用垂直構型，其制作工藝簡單，無需光刻等復雜工 藝，溝道長度可以作得很薄，因而可以大大提高場效應光電晶體管器件的 "開/關"電流比。對于質輕、價廉及可與柔性襯底相兼容的有機材料，更 有利于提高有機膜的有序性和場效應遷移率，工作電壓低、響應速度快。本 發明能充分利用透明有機絕緣材料和功能材料、以及垂直構型場效應晶體管 的各自優點并發揮它們集合在一起后的優勢，制備出響應速度快、性能優良 的有機場效應光電晶體管。
圖l為本發明的有機柔性襯底上的雙面透光的全有機場效應光電晶體管 結構圖。
圖2為雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法方框簡圖。
具體實施例方式
實施例l:如圖l、 2所示，有步驟如下-
(1)先清洗透明有機柔性襯底，然后在上面制備透明導電電極材料作為
導電柵極。本實施例可選擇在有機襯底PET上制備ITO電極作為導電柵極。在 柔性襯底上制備場效應光電晶體管的目的是為了便于攜帶以及大面積光電集 成電路的實現。另外，透明襯底可以是剛性的無機襯底。
(2 )將有機透明介電絕緣層BCB通過甩膜等方法制備到ITO導電柵極上， 具有一定的厚度( 2pm)。對于不能用甩膜方法成膜的透明有機介電材料，可
通過其它有機成膜方法來成膜。
(3) 通過掩模板，用熱蒸發等方法將導電金屬Au蒸鍍到透明BCB介電絕 緣層上，厚度為100 300nm。
(4) 在透明BCB介電絕緣層上用熱蒸發等方法蒸鍍有機功能層五苯薄膜， 厚度100 200nm。有機功能層選用并五苯材料，有利于光的吸收，進而能得到 高性能的場效應光電晶體管。對于選用其它有機材料制備功能層，也可用甩膜 等方法成膜。
(5) 蒸鍍透明導電電極Mg:Ag合金作為導電漏極(用作入射光的導電漏 極必須是透明及半透明電極)，從而完成場效應光電晶體管的制備。
依據以上方法，我們得到了如下的垂直構型的雙面透光的全有機場效應 光電晶體管PET/ITO/BCB(2fim)/Au(30nm)/Pentacene(150nm)/Mg:Ag，即
在有機柔性透明襯底(PET) l之上，有一層導電電極(ITO) 2，且在 ITO電極2之上有一層透明有機(BCB)介電絕緣層3和一層有機(Pentacene) 功能層5，且在透明有機介電絕緣層3與有機功能層5之間，有一層金屬(Au) 源極4，在有機功能層5上鍍有透明導電(Mg:Ag合金)漏極6。值得注意的 是，可通過優化器件各功能層的厚度，特別是關注第(2)、 (3)、 (4)步， 優選出合適的器件結構，可制備出響應速度快、性能優良的雙面透光的全有 機場效應光電晶體管。
顯然，在柔性襯底上制備全有機場效應光電晶體管可以為全有機光電集 成電子器件、以及全有機電路奠定基礎。
另外，本發明的透明有機介電絕緣層可優化為多層有機絕緣層的組合； 透明導電電極可以是多層金屬及金屬合金的組合層。
權利要求
1.一種雙面透光的全有機場效應光電晶體管，其特征在于其采用垂直構型器件結構，即在透明襯底(1)上，有透明導電電極(2)；在透明導電電極(2)之上，有透明有機介電絕緣層(3)和有機功能層(5)；在透明有機介電絕緣層(3)與有機功能層(5)之間，有導電電極(4)作為源極；在有機功能層(5)上有透明導電電極作為漏極(6)。
2. —種雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法，其特征在于，有如下步驟(a) 先清洗透明有機柔性襯底，然后將透明導電電極(2)蒸鍍到透明有 機柔性襯底(1)上作為場效應光電晶體管的柵極；(b) 將透明有機介電絕緣層材料(3)制備到清洗好的透明導電電極(2)上；(c) 將導電電極材料(4)蒸鍍到透明有機介電絕緣層(3)上，形成一定 厚度的導電層作為源極；(d) 在源極上蒸鍍有機功能薄膜層(5);(e) 將透明導電電極材料(6)蒸鍍到有機功能薄膜層(5)上作為漏極， 從而完成整個場效應光電晶體管器件的制備。
3. 根據權利要求2所述的雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法， 其特征在于在步驟(a)中，是將透明導電電極(2)蒸鍍到透明有機柔性襯底(1)上作為場效應光電晶體管的柵極。柔性襯底上制備全有機場效應光電晶體 管可以為全有機光電集成電子器件、以及全有機電路奠定基礎。
4. 根據權利要求2所述的雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法， 其特征在于在步驟(b)中，是通過甩膜的方法，將透明有機介電絕緣層材料(3) 制備到清洗好的透明導電電極(2)上；對于不能用甩膜方法成膜的透明有機介 電材料，可通過熱蒸發等方法成膜。
5. 根據權利要求2所述的雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法， 其特征在于在步驟(c)中，是用熱蒸發的方法，通過掩模板將導電電極材料(4) 蒸鍍到透明有機介電絕緣層(3)上。
6. 根據權利要求2所述的雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法， 其特征在于在步驟(d)中，有機功能層(5)選用并五苯材料。
7. 根據權利要求2所述的雙面透光的全有機場效應光電晶體管的制備方法， 其特征在于在步驟(e)中，用作入射光的導電漏極(6)，必須是透明及半透 明電極。
全文摘要
雙面透光的全有機場效應光電晶體管及其制備方法，即在透明襯底上蒸鍍導電電極作為柵極，然后將有機介電絕緣材料制備到透明導電柵極上，再將導電源極蒸鍍到有機介電絕緣層上，再蒸鍍有機功能層，最后蒸鍍透明導電漏極完成全有機場效應光電晶體管器件的制備。該有機場效應光電晶體管中的介電絕緣層和功能層都是用有機材料，且該光電晶體管使用垂直結構，所以制作簡單，無需光刻等復雜工藝。溝道長度可以作得很薄而可大大提高場效應光電晶體管器件的“開/關”電流比。該光電晶體管上下兩面都可以吸收光照，利于提高器件性能。
文檔編號H01L51/48GK101101971SQ200710118279
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月4日 優先權日2007年7月4日
發明者侯延冰, 婁志東, 楊盛誼, 鄧振波 申請人:北京交通大學