[發(fā)明專利]一種混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場效應(yīng)管

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310041489.2
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103972387A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭應(yīng)全;呂文理;羅消
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州大學(xué)
• 主分類號: H01L51/00
• 分類號: H01L51/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光敏有機(jī)場效應(yīng)管制造方法，屬于固體電子器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

與光敏無機(jī)場效應(yīng)管相比，光敏有機(jī)場效應(yīng)管(photosensitive organic field-effect transistor，photOFET)具有光響應(yīng)度高，可以大面積低成本制造以及制造過程環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。通常，光敏有機(jī)場效應(yīng)管由襯底、柵極、柵介質(zhì)、有機(jī)光敏層、源極和漏極組成。根據(jù)這幾部分相對位置的不同，光敏有機(jī)場效應(yīng)晶體管可以采用頂柵頂接觸，頂柵底接觸，底柵頂接觸，底柵底接觸四種結(jié)構(gòu)，其中“接觸”指的是源極和漏極與有源層之間的電連接。在底柵底接觸結(jié)構(gòu)中，源漏電極在絕緣層與有機(jī)半導(dǎo)體之間，可以通過傳統(tǒng)的光刻工藝圖形化源漏電極，因此器件溝道長度可以做到1μm以下。在底柵頂接觸結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層淀積在絕緣層之上，在半導(dǎo)體層上面再制備金屬電極形成源漏接觸，頂接觸結(jié)構(gòu)的器件由于電極與有機(jī)層接觸良好，因此其性能通常比底接觸結(jié)構(gòu)的好。在頂柵底接觸和頂柵頂接觸中，器件柵電極是最后淀積上去的，從而有機(jī)半導(dǎo)體層被襯底和絕緣層以及電極包裹，器件在空氣中穩(wěn)定性較好。有機(jī)光敏層多采用純凈有機(jī)光敏材料、施體-受體平面異質(zhì)結(jié)和體異質(zhì)結(jié)。

大部分有機(jī)半導(dǎo)體材料屬于單載流子傳輸型，即它對一種載流子的遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對另一種載流子的遷移率。通常電子遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴遷移率的材料稱為電子傳輸型材料，簡稱n-型材料，而空穴遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子遷移率的材料稱為空穴傳輸型材料，簡稱p-型材料。在有機(jī)半導(dǎo)體中，電子在最低未占據(jù)軌道(lowest unoccupied molecular orbital)-(LUMO)上傳輸，而空穴在最高已占據(jù)軌道(highest occupied molecular orbital)-(HOMO)上傳輸。一些LUMO能級較高的p-型有機(jī)光敏材料分子，如酞菁銅，與一些LUM0能級較低的n-型有機(jī)材料分子，如C60接觸時(shí)，在光照下會(huì)產(chǎn)生分子間的電子轉(zhuǎn)移，即光生的p-型分子激子會(huì)把一個(gè)電子轉(zhuǎn)移給與之相鄰的n-型分子。釋放電子的分子稱為施體，而接收電子的分子稱為受體。常規(guī)結(jié)構(gòu)photOFET的有機(jī)光敏層通常采用純凈的p-型或n-型光敏材料、施體-受體平面異質(zhì)結(jié)，或施體-受體體異質(zhì)結(jié)(施體分子與受體分子的混合物)。正是由于這種分子間的電荷轉(zhuǎn)移，使得施體-受體平面和體異質(zhì)結(jié)具有很高的激子離解效率。

光敏有機(jī)場效應(yīng)管在光照下進(jìn)行的兩個(gè)重要的物理過程是光生載流子產(chǎn)生和光生載流子傳輸。前者要求有機(jī)光敏層具有高的吸收系數(shù)，而后者則要求有機(jī)光敏層具有高的載流子遷移率。因此常規(guī)結(jié)構(gòu)的photOFET要求其有機(jī)光敏層兼具高的光吸收系數(shù)和高的載流子遷移率。由于大部分有機(jī)光敏材料的遷移率較低，而遷移率高的有機(jī)材料光吸收系數(shù)則大多不高。因此，常規(guī)結(jié)構(gòu)的光敏有機(jī)場效應(yīng)管的性能的提高受到極大限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服常規(guī)結(jié)構(gòu)光敏有機(jī)場效應(yīng)管對材料選擇的限制，提出一種基于混合平面-體異質(zhì)結(jié)(hybrid planar-bulk heterojunction)-(HPBHJ)的光敏有機(jī)場效應(yīng)管，稱為混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場效應(yīng)管(HPBHJ-photOFET)。混合平面-體異質(zhì)結(jié)由一個(gè)高遷移率的有機(jī)載流子輸運(yùn)層和一個(gè)高光敏性的施體-受體有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層組成。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：有機(jī)體異質(zhì)光敏結(jié)層實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生光生載流子的功能，只要求其具有高的光敏性和光生激子離解效率，而不要求其具有高的遷移率。有機(jī)載流子輸運(yùn)層采用高遷移率有機(jī)半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)光生載流子的輸運(yùn)功能，只要求其具有高的遷移率，而不要求其具有高的光敏性。依據(jù)上述技術(shù)思路發(fā)明的混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場效應(yīng)管包括襯底、柵極、柵介質(zhì)、有機(jī)載流子輸運(yùn)層，有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層，漏極和源極。這種結(jié)構(gòu)極大地?cái)U(kuò)大了有機(jī)材料的選擇范圍。一方面提高了光生載流子的產(chǎn)生效率，另一方面提高了有機(jī)光敏半導(dǎo)體溝道的載流子遷移率。因此本發(fā)明能有效提高光敏有機(jī)場效應(yīng)管的性能。

附圖說明

圖1是底柵頂接觸常規(guī)結(jié)構(gòu)光敏有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是底柵頂接觸混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

以n⁺-Si/SiO₂為柵極/柵介質(zhì)，并兼作襯底，酞菁銅(copper phthalocyanine，CuPc)為有機(jī)載流子輸運(yùn)層，酞菁鈀(palladium phthalocyanine，PdPc)∶C60(1∶1)作為有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層為例，本發(fā)明的制備過程如下：