一種雙層修飾的高性能有機場效應晶體管及其修飾方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種有機場效應晶體管及其修飾方法，具體設及絕緣層-半導體界面 雙層修飾有機場效應晶體管及其修飾方法，可W實現器件空穴遷移率超過IcmVVs。
【背景技術】
[0002] 有機場效應晶體管由于其制造成本較低并且可大面積生產，在過去的幾十年受到 越來越多的關注與深入的研究。它可廣泛應用于柔性電路、電子顯示、非易失性存儲W及傳 感器等設備中，因此，對于其電子性能的要求也不斷提高。該主要包括制備工藝的提高，例 如打印、氣相沉積、旋涂等，W及對所用材料的不斷探索。研究已經發現了一些具有高載流 子遷移率的小分子材料，許多有機場效應晶體管的研究都是基于小分子作為半導體層而取 得較高遷移率。同時，二氧化娃也是常用的絕緣層材料。由于其表面呈親水性，不利于一些 半導體粒子的生長，會產生一些缺陷。
[000引 目前已有很多關于半導體-絕緣層單層界面修飾的報道，早在1990年，化ng等 人就研究了不同聚合物做絕緣層，提出遷移率與絕緣層的介電常數密切相關狂ZPeng,G Horowitz，DFichou，FGarnier，Appl.Phys.Lett, 1990, 57, 2013)。后來，也有文獻報道 了對絕緣層進行修飾W達到提高有機場效應晶體管電學性質的綜述（W化ao，HLDong,L Jiang,WP化，化em.Sci，2011，2, 590)。常用的修飾材料有聚合物聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)、聚對己締基苯酪（PVP)、聚苯己締（P巧、聚己締醇（PVA)，還有自組裝單層修飾材料 十八烷基S氯硅烷（0T巧和六甲基二娃氮燒（HMD巧。0TS由于具有較長的烷基鏈，可W在氧 化物表面形成哲基官能團的隧道屏障，并且可W作為界面接觸層有效調節并五苯薄膜的結 構排列。聚己締醇（PVA)、聚對己締基苯酪（PW)等是高介電常數材料（又叫高-k材料）。 高-k材料聚合物常被用在柔性有機場效應晶體管中，因為它可W實現低電壓，但是不足之 處在于它需要較高的退火溫度，并且絕緣性質也較弱。聚苯己締（P巧、聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)等是電絕緣性較好的聚合物，該些具有較好絕緣性的聚合物也常被用在絕緣層修飾 上，該是由于它們可W在進一步提高電絕緣性的同時有效減少絕緣層與半導體層之間的電 荷陷阱。上述聚合物由于沒有哲基官能團，使得表面疏水性更強，水分子難W接觸其表面從 而提高器件在空氣中的穩定性，但是，隨著絕緣性的提高，絕緣層-半導體層界面間的電荷 濃度會降低，導致器件的漏電流變大。
[0004] 然而，大多數的報道都是采用單層的修飾方法，應用了修飾材料的優勢，但未解 決修飾材料的劣勢問題。因此，很少有通過界面修飾達到有機場效應晶體管電學性質 的突破的報道。對有機場效應晶體管的性能要求也不再僅僅體現在遷移率，還包括空 氣中的穩定性、亞闊值偏移、偏壓效應等。雖然之前也有文獻報道了雙層修飾二氧化娃 絕緣層表面的文章（YMSun,XFLu，SWLin,JKettle,SGYeates,AMSong,Org. Electron, 2010, 11, 351)，上述文章雙層修飾采用聚合物與自組裝單層的結合，此種結合方 式并沒有有效改善器件的遷移率。為了解決界面修飾達不到有機場效應晶體管電學性質的 問題，本發明采用兩層聚合物修飾，得到可W大幅度提高電學特性的器件，器件空穴遷移率 超過lcm2/Vs。
【發明內容】
[0005] 為了發揮聚合物修飾的優勢，同時解決聚合物修飾的不足之處，制備出在遷移率、 穩定性、亞闊值偏移、偏壓效應等電學特性有突破的有機場效應晶體管，本發明提供一種雙 層修飾的高性能有機場效應晶體管及其修飾方法。采用雙層聚合物修飾一定厚度的二氧化 娃表面，促進上層半導體粒子更好生長，提高有機場效應晶體管的電學性質，包括遷移率、 空氣中穩定性、亞闊值偏移、偏壓效應。
[0006] 本發明的目的通過W下技術方案實現。
[0007] 一種雙層修飾的高性能有機場效應晶體管，包括源漏電極、半導體層、絕緣層，所 述絕緣層為二氧化娃/娃基片，所述半導體層與二氧化娃/娃襯底之間從上到下依次有 高-k材料聚合物層和高絕緣性聚合物層。
[000引優選地，所述高-k材料聚合物層中高-k材料聚合物選自聚己締醇、聚對己締基苯 酪、氯己基普魯蘭多糖。
[0009] 優選地，所述高絕緣性聚合物層中高絕緣性聚合物選自聚苯己締、聚甲基丙締酸 甲醋。
[0010] 優選地，所述高絕緣性聚合物與高-k材料聚合物依次旋涂于所述絕緣層。
[0011] 上述有機場效應晶體管的修飾方法，包括如下步驟：
[0012] (1)配置高絕緣性聚合物溶液，高絕緣性聚合物，溶于己酸己醋，濃度10-60mg/ ml；
[0013] (2)配置交聯高-k材料聚合物溶液；采用酸酢類化合物作交聯劑，選用高溶解度 含醋溶劑，選用基于該聚合物單體的有機堿做催化劑，配置成濃度為10-30mg/ml的溶液；
[0014] (3)選擇表面有40-60nm二氧化娃的重滲雜的娃作為基片，清洗干凈基片后烘干；
[0015] (4)在干凈的基片表面旋涂步驟（1)配置好的高絕緣性聚合物溶液，厚度為 180-300nm;然后在其上旋涂交聯高-k材料聚合物溶液，厚度為60-80nm;
[0016] (5)將旋涂完的片子放入烘箱中烘干，之后冷卻；
[0017] (6)在修飾層上真空蒸鍛半導體材料和源漏電極。
[0018] 優選地，步驟（1)中所述高絕緣性聚合物溶液為聚甲基丙締酸甲醋溶液。
[0019] 優選地，步驟（2)中所述高-k材料聚合物溶液為交聯聚對己締基苯酪溶液。
[0020] 優選地，步驟（2)中所述交聯劑為4, 4'-(六氣異亞丙基）二獻酸酢，所述溶劑為 丙二醇甲離醋酸醋，所述催化劑為=己胺。
[0021] 優選地，步驟（4)所述旋涂高絕緣性聚合物溶液，轉速為3000-5000轉/分，旋轉 55-65秒；所述旋涂高-k材料聚合物溶液，轉速為1500-2500轉/分，旋轉35-45S。
[002引優選地，步驟做所述真空蒸鍛半導體材料為并五苯，蒸鍛速率為化7A/S，真空度 控制在6Xl(T4pa-l(r5pa，采用晶振控制厚度在40-70皿。步驟做所述真空蒸鍛源漏電極 為金，蒸鍛速率為0.06A/S，真空度控制在6Xl0-V-l0-Spa，采用晶振控制厚度在15-40nm。 [002引優選地，兩層聚合物旋涂完后的總厚度控制在200-380nm，半導體層的厚度為 40-70皿，源漏電極為15-40皿。
[0024]本發明利用高-k材料的聚合物（如聚己締醇PVA、聚對己締基苯酪PVP、氯己基普 魯蘭多糖CYP化等）與電絕緣性較好的聚合物（如聚苯己締PS、聚甲基丙締酸甲醋PMMA等）優勢的有效結合，制備雙聚合物修飾的高性能有機場效應晶體管，從遷移率、操作電 壓、器件穩定性等角度驗證。利用原子力顯微鏡圖像（AFM)、X-射線衍射狂RD)，W及通過 測出絕緣層上的液體接觸角計算出絕緣層的表面能等不同的表征手段進行綜合分析，最終 找到了兩種不同絕緣層的最佳搭配濃度與器件結構。選取合適的溶劑非常重要，同時有的 聚合物也需要交聯，采用不同的交聯劑、不同的濃度、不同的制備環境都會得到不一樣的電 學性質。我們常會選擇成本較低，溶解度較好并且不會與器件任何一層發生反應的物質作 溶劑，同時最好可W在空氣中較為穩定存在。
[0025] 本發明采用了雙層聚合物修飾二氧化娃（Si化）（結構如圖1所示），遷移率與未修 飾相比，提高了 2倍，達到IcmVVsW上，并且制備的有機場效應晶體管也可W在空氣中具 備較高的穩定性，除此之外，其幾乎沒有回滯現象。并且從AFM、XRD及接觸角等方面進行分 析也可W進一步得到認證。
[0026] 首先配置兩種修飾聚合物的溶液。接著在清洗過的基片上依次旋涂兩種溶液，測 的旋涂層的膜厚約為200-380納米。隨后在修飾層上真空蒸鍛半導體層及源漏電極，制備 成完整的器件。
[0027] 所述基于雙層聚合物修飾的有機場效應晶體管，采用安捷倫B1500測試分析儀器 進行測試，可W取得較高的開態電流，計算得到的遷移率在IcmVVsW上。將測試數據繪制 的轉移曲線，如圖2所示，與輸出曲線，如圖3所示。該與OTS修飾的300nm二氧化娃相比， 具有接近的介電層的厚度，但是載流子遷移率卻提高了一倍，并且相對于未修飾的表面，遷 移率與開關比都有很大提高。
[002引所述基于雙層聚合物修飾的有機場效應晶體管，除了具有較高的遷移率之外，也 沒有明顯的回滯現象，如圖4所示，該說明半導體薄膜的缺陷很少，不會在施加柵壓時捕 獲載流子。該一特性還可