一種柔性低電壓有機場效應晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種柔性低電壓有機場效應晶體管及其制備方法，具體設及采用=層 絕緣層制備柔性低電壓有機場效應晶體管方法。
【背景技術】
[0002] 柔性有機場效應晶體管由于成本低廉、材料來源廣泛、可低溫大面積制備等優點， 可廣泛運用于射頻標簽、柔性顯示、大面積傳感器陣列和大規模集成電路等。柔性有機場效 應晶體管具有可折疊、質量輕、成本低等優點，因此在低功耗和便攜性電子等方面具有廣闊 的應用前景。但是由于大多數的柔性器件操作電壓過高，照成實際電路的功耗較大，因此難 W大規模應用。為了減小柔性有機場效應晶體管的操作電壓W及提高器件的遷移率，許多 課題組進行了大量的研究。
[0003] 柔性低電壓有機場效應晶體管的絕緣層不僅要求較高的絕緣性W阻止柵電極與 半導體溝道間的電荷泄露，還要求可實現較大的遷移率和晶體管的低電壓操作。由于柔性 晶體管的特點，一般還要求絕緣層能夠在機械變形時能夠保持穩定。目前柔性低電壓有機 場效應晶體管常用的聚合物材料包括：無機金屬氧化物材料、聚合物絕緣材料、自組裝絕 緣材料和復合雜化絕緣材料。由于聚合物絕緣材料和柔性襯底具有良好的兼容性，因此 被廣泛運用于柔性有機場效應晶體管中，包括：聚乙締化咯燒酬（PVP)、聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)和聚乙締醇（PVA)等。其中交聯聚合物是一種良好的聚合物絕緣層，但是交聯聚合 物作為柵絕緣層的主要限制因素為：較高的反應溫度使得制備過程難W和柔性襯底兼容， 交聯聚合物需要使用交聯劑，交聯劑一般容易受溫度和水氣的影響，從而影響器件的性能。 2002 年，Kla址課題組化1日址 H,化Iik M, Zschieschang U，Schmid G, Radl化 W, Weber W，J. Appl. Phys. 2002,92, 5259)首次發現并報道了交聯聚合物PVP作為一種極佳的聚合物 絕緣層。但之后的很長一段時間沒有引起人們的廣泛關注。2009年，Bao等人采用聚乙締 化咯燒酬（PV巧與HAD交聯，制備出了光滑無孔絕緣層薄膜，在此基礎上實現了柔性低電 壓操作的有機場效應晶體管，器件并具有較高的遷移率及較大的開關比。但由于聚乙締化 咯燒酬（PV巧材料存在徑基官能團，容易吸收空氣中的水分，因此器件電學性能具有明顯 的回滯曲線，照成器件性能的不理想。2013年Bao的課題組改良了交聯方法（Wang C，Lee W Y,化kajima R, Chem. Mater.，2013, 25 (23)，4806.)。采用硫醇稀法處理聚乙締化咯燒酬 (PVP)，去除材料表面的徑基基團從而隔離了水分和氧氣對于絕緣層的影響。采用運種方法 處理后的絕緣層制備的器件消除了回滯曲線，但是器件的遷移率卻下降了。
[0004] 目前，人們對于柔性低電壓有機場效應晶體管的性能提出更高的要求，包括：較高 的空穴遷移率，較大的開關比，較低的闊值電壓，無回滯現象，在空氣中能夠長時間保持穩 定。目前采用的交聯聚合物制備絕緣層的方法存在反應溫度較高、制備方法復雜和難W同 時實現高遷移率和無回滯曲線等性能。
【發明內容】
陽〇化]發明目的：為了發揮交聯聚合物絕緣層的優勢，同時解決聚合物不穩定的問題，審U 備出在遷移率、穩定性、偏壓效應等電學特性有突破的有機場效應晶體管。
【發明內容】
[0006] ：本發明提供一種柔性低電壓有機場效應晶體管制備方法。采用=層聚 合物作為絕緣層，促進上層半導體粒子生長，提高有機場效應晶體管的電學性質，包括遷移 率、偏壓穩定、熱穩定性、彎曲穩定性。
[0007] 本發明的目的通過W下技術方案實現。
[0008] 一種柔性低電壓有機場效應晶體管，包括源漏電極、半導體層、絕緣層，所述絕緣 層為從上到下依次有高絕緣性聚合物層、高介電常數材料聚合物層和高絕緣性聚合物層。
[0009] 優選地，所述高絕緣性聚合物層中高絕緣性聚合物為聚甲基丙締酸甲醋。
[0010] 優選地，所述高介電常數材料聚合物層中高介電常數材料聚合物為聚乙締化咯燒 酬。
[0011] 優選地，所述高絕緣性聚合物層中高絕緣性聚合物為聚甲基丙締酸甲醋。
[0012] 優選地，所述高絕緣性聚合物與高介電常數材料聚合物和高絕緣性聚合物依次旋 涂于所述絕緣層。
[0013] 上述有機場效應晶體管的制備方法，包括如下步驟：
[0014] (1)配置高絕緣性聚合物溶液，高絕緣性聚合物，溶于乙酸乙醋；
[0015](2)配置交聯高介電常數材料聚合物溶液：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；
[0016] 做選擇150μm塑料陽T襯底作為基化清洗干凈基片后烘干；
[0017] (4)在干凈的基片表面上蒸鍛300納米厚的侶電極 陽01引 妨旋涂步驟（1)配置好的高絕緣性聚合物溶液，厚度為40-50nm ;然后在其上旋 涂交聯高介電常數材料聚合物溶液，厚度為30-40nm;最后旋涂步驟（1)配置好的高絕緣 性聚合物溶液，厚度為IO-ISnm ;
[0019](6)將旋涂完的片子放入氮氣箱中烘干，之后冷卻；
[0020] (7)在絕緣層上真空蒸鍛半導體材料和源漏電極。
[0021] 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。
[0022] 優選地，步驟（2)中所述高介電常數材料聚合物溶液為交聯聚乙締化咯燒酬溶 液。
[0023] 優選地，步驟似中所述交聯劑為4, 4' -(六氣異亞丙基）二獻酸酢，所述溶劑為 丙二醇甲酸醋酸醋，所述催化劑為=乙胺。
[0024] 優選地，步驟（5)所述旋涂高絕緣性聚合物溶液，轉速為4000轉/分，旋轉55-65 秒；所述旋涂高介電常數材料聚合物溶液，轉速為1500-2500轉/分，旋轉35-45S。所述旋 涂高絕緣性聚合物溶液，轉速為2000轉/分，旋轉35-45秒；
[0025] 優選地，步驟（7)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6 X 10 4Pa-IO 5pa，采用晶振控制厚度在40-60皿。步驟（6)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6 X 10 V-IO Spa,采用晶振控制厚度在30-50皿。 陽0%] 優選地，S層聚合物旋涂完后的總厚度控制在30-50nm，半導體層的厚度為 40-60nm，源漏電極為 30-50nm。
[0027] 有益效果：
[0028] 1、本發明利用高介電常數材料的聚合物與電絕緣性較好的聚合物優勢的結合，審U 備出=絕緣層的柔性低電壓有機場效應晶體管，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)，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，最終找到了電學性能最好的絕緣層結構。
[0029] 2、本發明采用了 =層聚合物作為絕緣層，結構如圖1所示，遷移率與雙層結構相 比，提高了 2倍，達到Icm2As W上，并且制備的柔性低電壓有機場效應晶體管也可W在加 熱到100度時仍具備較高的遷移率，除此之外，其幾乎沒有回滯現象。并且從AFM、接觸角等 方面進行分析也可W進一步得到認證。
[0030] 3、所述基于=層聚合物修飾的有機場效應晶體管，采用吉時利4200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Icm 2As W上。將測試數據繪 制的轉移曲線，如圖2所示，輸出曲線，如圖3所示。相對于雙絕緣層器件，遷移率與開關比 都有很大提局。
[0031] 4、所述基于=層絕緣層的柔性低電壓有機場效應晶體管，除了具有較高的遷移率 之外，明顯的消除了回滯現象，如圖4所示，運說明絕緣層和半導體界面的缺陷很少，不會 在施加柵壓時捕獲載流子。