一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法
【專利摘要】本發明公開了一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，所述的有機薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極、有源層和絕緣層，所述的有源層為微量有機小分子摻雜的有機半導體材料。本發明采用簡單的微摻雜法，將有機小分子摻雜的有機半導體材料作為有機薄膜晶體管的有源層；有效改善了有機薄膜晶體管的穩定性，提高器件使用壽命；方法簡單，成本低，有利于推廣應用，具備顯著的經濟和社會效益。
【專利說明】一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于有機光電子【技術領域】，具體涉及一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法。
【背景技術】
[0002]近年來有機光電子技術的迅猛發展吸引了全世界的目光，這一領域已成為各國學術研究機構和產業界研究和開發的對象。目前，有機薄膜晶體管(organic thin-filmtransistors, OTFTs)、有機太陽能電池(organic solar cells, OSCs)、有機發光二極管(organic light-emitting diodes, OLEDs)、光波導(waveguide)等電子器件均已研發成功。特別是OTFTs驅動的液晶顯示屏、OLEDs顯示器件的商業化和E_ink電子書的研制成功，進一步向人們展示了有機光電子技術誘人的應用前景。其中有機小分子和共軛高分子場致載流子導電的發現，使用有機半導體活性層制備的新型場效應晶體管被認為具有可代替價格昂貴的硅等無機晶體管的潛在價值，越來越成為國內國外研究的一個熱點。有機薄膜晶體管不僅可采用旋涂、澆鑄、噴墨打印等簡單的溶液法來制備，而且可以方便的實現大面積和柔性電子產品的制備，在平板顯示器驅動、電子書、電子芯片以及電子卡片等領域有著極其廣泛的應用價值。
[0003]雖然近幾年有機薄膜晶體管的研究取得了很大的進展，但與無機晶體管性能相比還存在器件穩定性差、遷移率較低等缺點，大大限制了其在產品中的應用。針對這些問題，廣大研究工作者提出了很多的方法來改進，例如通過調節有機分子結構，改善半導體能級結構，或熱處理、溶劑處理、界面修飾、自組裝等方法改進有機半導體成膜工藝，以及調節有機半導體與絕緣層的界面性質等方式來改善有機半導體晶體管穩定性。但這些方法都存在制備工藝復雜、改善程度有限和重復性差等缺點。因此如何能尋找一種既簡便，又不破壞原有器件性能，而且重復性好的提高有機薄膜晶體管穩定性技術，具有重要的實際意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，采用簡單的微摻雜法，將有機小分子摻雜的有機半導體材料作為有機薄膜晶體管的有源層；有效改善了有機薄膜晶體管的穩定性，提高器件使用壽命；方法簡單，成本低，有利于推廣應用，具備顯著的經濟和社會效益。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，所述的有機薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極、有源層和絕緣層，微量有機小分子摻雜的有機半導體材料作為有機薄膜晶體管的有源層。
[0006]有源層中有機小分子摻雜濃度為有機半導體材料質量的0.0001%_1%。
[0007]有源層的厚度為10nm-1000nm。
[0008]有源層的制備方法為真空鍍膜法或溶液制膜法(旋涂、滴膜、浸泡、噴墨印刷、凹版印刷或絲網印刷)。
[0009]所述的有機半導體材料為具有高載流子遷移率的功能材料:稠環芳香烴、硫族雜稠環、硫族雜環寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環、三芳胺、含氮共軛大環分子、聯苯、芳香胺、含氟化合物、稠環酸酐、稠環酰亞胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一種或多種。
[0010]所述的有機小分子為稠環芳香烴、硫族雜稠環、硫族雜環寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環、三芳胺、含氮共軛大環分子、聯苯、芳香胺、含氟化合物、稠環酸酐、稠環酰亞胺、C60、C70及其衍生物中的一種或多種。
[0011]所述的絕緣層為聚合物薄膜或無機化合物薄膜。
[0012]所述的源電極和漏電極材料為透明導電材料、有機導電材料或金屬導電材料；所述的透明導電材料為In203:Sn, SnO2:Sb, SnO2 = F或ZnO = Al ;有機導電材料為PEDOT:PSS或
納米碳管。
[0013]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:(1)方法簡單:采用簡單的微摻雜法，將小分子摻雜到有機半導體材料作為有機薄膜晶體管的有源層；(2)有效性:通過選取合適的的摻雜劑，可有效改善有機薄膜晶體管的穩定性，提高器件使用壽命；(3)本發明有源層可采用噴墨打印、旋涂或滴膜等濕法工藝，便于大面積的制作，降低制作成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實例中有機半導體材料聚3-己基噻吩(P3HT)、摻雜劑N，N’ - 二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-1，I’-聯苯-4，4’-二胺(TPD)和出，6)-苯基060 丁酸甲基酯(PCBM)的分子結構示意圖；
圖2為本發明實例所提供有機薄膜晶體管的結構示意圖；
圖3為本發明實例I所提供未摻雜器件與微量TH)摻雜P3HT有機薄膜晶體管的開關比在空氣中隨時間變化曲線；
圖4為本發明實例I所提供未摻雜器件與微量TH)摻雜P3HT有機薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時間變化曲線；
圖5為本發明實例2所提供未摻雜器件與微量PCBM摻雜P3HT有機薄膜晶體管的開關比在空氣中隨時間變化曲線。
[0015]圖6為本發明實例2所提供未摻雜器件與微量PCBM摻雜P3HT有機薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時間變化曲線。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細的說明，但不作為對本發明的限定。
[0017]實例I如圖2所示的結構中，采用Si (205)作柵電極并通過熱氧化在其上形成一層300nm的Si02(204)作為柵絕緣層。將Si片放入3:1的濃硫酸與雙氧水配制的piranha溶液中，在加熱的條件下處理20min，之后取出用大量的去離子水清洗，并用氮氣吹去水滴放入烘箱烘干。通過掩膜板，采用真空蒸鍍方法蒸一層IOOnm厚的Au (202)作為源、漏電極。為了提高Au與SiO2的結合力，在兩者之間通過熱蒸發引入一層5nm的Ti (203)膜。[0018]將P3HT和TH)溶解到氯仿溶劑中，分別配成10mg/mL溶液，并用微量移液器將TPD溶液摻到P3HT溶液中，摻雜濃度為0.1 wt%0將配好的溶液滴在蒸有源、漏電極的Si片表面，通過旋涂的方法制成一層50nm左右摻雜的P3HT (201)膜。在Ar氣保護下對該膜進行熱處理5min，熱處理溫度為230°C。本發明實例所述有機薄膜晶體管電性能測試采用帶有探針臺的美國吉時利4200型半導體特性分析儀中進行。本發明實例所述有機薄膜晶體管都是在空氣中進行保存與測試。
[0019]圖3為本發明實例I所提供未摻雜器件與0.1%TPD摻雜P3HT有機薄膜晶體管的開關比在空氣中隨時間變化曲線。從圖中可以看出，微量TH)摻雜P3HT不僅可以大幅度提高器件的開關比，而且可以顯著改善器件的穩定性。例如在空氣中存放72小時后，未摻雜器件的開關比從開始的1450急劇降到300，而摻雜0.P/oTPD器件的開關比從開始的15000僅降到14800。
[0020]圖4為本發明實例I所提供未摻雜器件與0.l%Tro摻雜P3HT有機薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時間變化曲線。從圖中可以看出，在空氣中存放360小時后，未摻雜的器件已經失效，而摻雜0.P/oTPD器件的遷移率從開始的0.00302cm2V^s^變到0.0031 cmW1。表明微量TH)摻雜P3HT在提高器件的遷移率的同時顯著改善了器件的穩定性。(建議對附圖簡要說明)
實例2采用與實例I相同的器件結構，但在制備器件的過程中將0.1 wt%的PCBM代替
0.1%TPD摻雜到P3HT有機薄膜晶體管中。[0021]圖5為本發明實例2所提供未摻雜器件與0.1%PCBM摻雜P3HT有機薄膜晶體管的開關比在空氣中隨時間變化曲線。從圖中可以看出，微量PCBM摻雜P3HT不僅可以大幅度提高器件的開關比，而且可以顯著改善器件的穩定性。例如在空氣中存放24小時后，未摻雜器件的開關比從開始的1450急劇降到920，而摻雜0.1%PCBM器件的開關比從開始的14900僅降到14745。
[0022]圖6為本發明實例2所提供未摻雜器件與0.P/oPCBM摻雜P3HT有機薄膜晶體管的遷移率在空氣中隨時間變化曲線。從圖中可以看出，在空氣中存放360小時后，未摻雜的器件已經失效，而摻雜0.P/oPCBM器件的遷移率從開始的0.00302cm2V^s^變到0.00372Cm2V-1S'表明微量PCBM摻雜P3HT在提高器件的遷移率的同時顯著改善了器件的穩定性。
[0023]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，所述的有機薄膜晶體管包括柵電極、源電極、漏電極、有源層和絕緣層，其特征在于:微量有機小分子摻雜的有機半導體材料作為有機薄膜晶體管的有源層。
2.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:有源層中有機小分子摻雜濃度為有機半導體材料質量的0.0001%-1%。
3.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:有源層的厚度為 lOnm-lOOOnm。
4.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:有源層的制備方法為真空鍍膜法或溶液制膜法。
5.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:所述的有機半導體材料為稠環芳香烴、硫族雜稠環、硫族雜環寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環、三芳胺、含氮共軛大環分子、聯苯、芳香胺、含氟化合物、稠環酸酐、稠環酰亞胺、C60、C70、聚噻吩、聚芴及其衍生物中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:所述的有機小分子為稠環芳香烴、硫族雜稠環、硫族雜環寡聚物、四硫富瓦烯、含氮雜稠環、三芳胺、含氮共軛大環分子、聯苯、芳香胺、含氟化合物、稠環酸酐、稠環酰亞胺、C60、C70及其衍生物中的一種或多種。
7.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:所述的絕緣層為聚合物薄膜或無機化合物薄膜。
8.根據權利要求1所述的改善有機薄膜晶體管穩定性的方法，其特征在于:所述的源電極和漏電極材料為透明導電材料、有機導電材料或金屬導電材料；所述的透明導電材料為In2O3:Sn、SnO2:Sb、SnO2 = F或ZnO:Al ;有機導電材料為PEDOT:PSS或納米碳管。
9.一種如權利要求1所述的方法得到的有機薄膜晶體管。
【文檔編號】H01L51/05GK103746075SQ201410011958
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月11日 優先權日:2014年1月11日
【發明者】馬良 申請人:馬良