沉積氧化物薄膜的方法、有機場效應晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及有機電子器件領域，尤其涉及沉積氧化物薄膜的方法、有機場效應晶體管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]有機場效應晶體管(Organicfield-effect transistor,簡稱0FET)，由于其良好的柔韌性、低制造成本，并且在大面積顯示、射頻識別技術、有機集成電路和傳感器等方面具有重要應用，引起了人們的廣泛關注和研究。然而，普遍存在于有機電子器件中的一個關鍵問題是電極和有機半導體界面的高接觸電阻。有機電子器件中的接觸電阻相比于無機電子器件大得多，這將嚴重降低載流子的注入效率，導致降低器件的迀移率和開關速度。此夕卜，高接觸電阻將阻礙OFET器件尺寸的進一步減小，從而導致其難以在高頻領域應用。對于P型OFET，需要高功函數的電極去匹配有機半導體的最高占據分子軌道(Highest OccupiedMolecular Orbital,簡稱HOMO)。另一方面，一些高功函數的金屬電極(例如金)通常是高度極化的，因此在金屬/有機界面將產生偶極層，從而導致金屬的功函降低，使金屬/有機界面能級失配，產生大的空穴注入勢皇。因此，在金屬/有機界面進行修飾以優化載流子在該界面的注入效率以及進一步提高器件的性能具有重要的意義。
[0003]最近一些研究認為，在金屬/有機界面插入一層納米厚度的五氧化二 f凡(V2O5)可以有效地減小界面接觸電阻以及提高空穴注入效率。V2O5具有大的電子親和能(-6.7 eV)和大的功函(-7 eV)，使其有利于有機電子器件中的空穴注入。盡管很多V2O5薄膜制備方法已經報道過，但是直接在有機材料表面沉積V2O5薄膜依然是一個大的挑戰，這將嚴重阻礙頂接觸OFET器件的應用。其中最關鍵的是V2O5薄膜制備方法與有機材料的兼容性問題。由于有機半導體通常都比較脆弱，無法承受高溫并且在氧化性的氣氛中其性能很容易急劇衰減，所以很多高溫以及具有強氧化性前驅體(如03，氧等離子體)的制備過程無法直接在有機半導體材料上進行。而對于其它一些低溫的薄膜沉積技術，也有很多需要注意的地方，比如在磁控濺射和真空蒸鍍的過程中，來自靶材的高能量的原子可能會在一定程度上破壞有機薄膜；而在溶液法過程中，溶劑可能會溶解有機半導體或與之發生反應。由于V2O5空穴注入層的厚度只有幾個納米，所以需要一種能精確控制薄膜厚度的制備方法。此外，結晶的有機半導體薄膜通常呈現階梯狀形貌，所以要求沉積在有機層上的V2O5薄膜具有良好的均勻性和保形性。
[0004]原子層沉積(Atomic layer deposit1n，簡稱ALD)是一種通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應腔體，在基底上進行自限制的表面化學反應而形成沉積薄膜的一種技術。ALD薄膜具有良好的均勻性和保形性，并且可單原子層地精確控制薄膜厚度，所以ALD沉積的高質量VOx薄膜為解決以上問題提供了一種極具潛力的方法。但是，現有技術中的ALD沉積VOx的工藝由于較高的溫度(>150°C)或者使用強氧化性的前驅體，不適合直接在有機半導體材料上進行薄膜沉積。
[0005]因此，現有技術還有待于改進和發展。
【發明內容】
[0006]鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供沉積氧化物薄膜的方法、有機場效應晶體管及其制備方法，旨在解決現有技術不適合于直接在有機半導體材料上進行薄膜沉積的問題。
[0007]本發明的技術方案如下:
一種利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，包括步驟:
A、將待處理的有機半導體裝入氣相原子層沉積裝置的真空反應腔體；
B、對真空反應腔體進行抽真空，維持真空反應腔體跟外部空氣環境的有效隔離，并維持真空反應腔體的內部溫度為20?100°C ;
C、向真空反應腔體中通入第一種氣相前驅體，使其吸附在材料表面；
D、通入載氣將真空反應腔體中多余的第一種氣相前驅體清除；
E、向真空反應腔體中通入第二種氣相前驅體，使之與吸附在材料表面的第一種氣相前驅體反應，形成氧化物薄膜;所述第二種氣相前驅體為非氧化性的前驅體；
F、通入載氣將真空反應腔體中多余的第二種氣相前驅體清除；
重復步驟C至F直到獲得設定厚度或結構的氧化物薄膜。
[0008]所述的利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜為 VOx、Mo0x、CuOx、ZnO、T i0x、WOx 或 Ni Ox。
[0009]所述的利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，所述有機半導體為P型有機半導體或η型有機半導體。
[0010]所述的利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜的厚度為I?5nm。
[0011]所述的利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜為VOx，1為2?2.5。
[0012]所述的利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，所述第一種氣相前驅體為V(dma)4，所述第二種氣相前驅體為H20。
[0013]所述的利用原子層沉積技術在有機半導體上沉積氧化物薄膜的方法，其中，所述第一種氣相前驅體由作為N2載氣傳輸到真空反應腔體中。
[0014]—種有機場效應晶體管的制備方法，其中，包括步驟:
A、清洗襯底；
B、將襯底浸入配制好的OTS溶液中；
C、將經過OTS處理的襯底轉移到真空蒸鍍腔體內進行有機半導體薄膜沉積；
D、然后在有機半導體薄膜表面利用低溫ALD沉積一層氧化物薄膜；
E、最后真空蒸鍍源/漏電極。
[0015]所述的有機場效應晶體管的制備方法，其中，在所述步驟E之后還包括:
在所述氧化物薄膜上沉積一層Al2O3鈍化層。
[0016]—種有機場效應晶體管，其中，采用如上所述的制備方法制成。
[0017]有益效果:本發明利用原子層沉積技術(ALD)在低溫條件下，直接在有機半導體上沉積一層的氧化物薄膜，可作為有機場效應晶體管(OFET)的空穴注入層以提高器件的空穴的注入效率。利用這個上述ALD過程，可以沉積高純度、平滑、共形性良好以及厚度精確可控的氧化物薄膜。進一步，利用沉積的氧化物薄膜作為空穴注入層可以有效地降低金屬/半導體界面的接觸電阻，因此可顯著地提高了 OFET器件的性能。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明中VOx薄膜隨H2O劑量的生長速率變化示意圖。
[0019]圖2為本發明中VOx薄膜隨V(dma)4劑量的生長速率變化示意圖。
[0020]圖3為本發明中VOx薄膜隨總生長周期的厚度變化示意圖。
[0021 ]圖4為本發明中VOx薄膜的高分辨XPS光譜示意圖。
[0022]圖5為本發明中對VOx薄膜進行Ar+刻蝕后的XPS全譜示意圖。
[0023]圖6為本發明中在并五苯薄膜上沉積VOx薄膜后的XPS全譜示意圖。
[0024]圖7為并五苯薄膜的原子力顯微鏡圖像。
[0025]圖8為本發明中在并五苯薄膜上沉積VOx薄膜后的原子力顯微鏡圖像。
[0026]圖9為本發明中OFET器件