[發明專利]一種有機薄膜晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201310552881.3
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN104638105A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 李銀奎;董桂芳
• 申請（專利權）人: 北京鼎材科技有限公司;清華大學;北京維信諾科技有限公司
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/40
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技術領域

本發明涉及一種新型有機薄膜晶體管，其使用的是一類新型的有機稠環芳烴衍生物作為有機半導體，該類有機半導體材料具有大共軛體系和很好的光敏特性，在集成電路、光敏和存儲有機光電子領域有重要應用前景。?

背景技術

有機薄膜晶體管是重要的有機半導體器件之一，其研究工作進展迅速并引起了人們的廣泛關注。在有機半導體材料晶體管出現以前，晶體管主要是由硅Si、鍺Ge、砷化鎵GaAs、氮化鎵GaN等為代表的半導體材料制備，已經廣泛應用于電子元件、高密度信息存儲、光電器件等領域。隨著人們對有機半導體材料認識的逐步深入，一批具有類似無機半導體特性的有機功能材料被開發出來了，并且正嘗試應用于傳統半導體材料的領域。目前利用有機晶體管已經應用于環形振蕩器的邏輯門、有機顯示器的有源驅動電路、有機傳感器、存儲器、電子書或電子紙領域等等。有機半導體材料的出現，極大地豐富了人們的視野，激發了廣泛的研究興趣，已經成為當今的研究熱點之一。?

有機半導體材料與傳統的無機半導體材料相比有一定的相似性，它們在電導率、載流子遷移率和能隙等方面存在著較多的類似點，應用領域也有一定的相似性。但是有機半導體材料又具有許多不同于無機半導體材料的新特點，有機半導體可選范圍廣泛、制備工藝簡單、成本低廉，并且可以制備柔性器件，這都給有機半導體材料的發展提供了美好的前景和廣闊的空間?

通常晶體管包括雙極晶體管和場效應晶體管。所謂場效應是指半導體材?料的導電能力隨著電場的變化而變化。場效應晶體管工作過程和電子管十分相似，是電壓控制器件，就是通過改變電場來控制固體材料導電能力的有源器件。在電子領域中有著廣泛的應用，是微處理器和半導體儲存器等超大規模集成電路中最重要的器件之一。?

隨著有機半導體材料的發現和發展，人們開始嘗試利用有機物替代無機材料充當載流子傳輸層，而利用有機材料充當載流子傳輸層的薄膜場效應晶體管也就被稱為有機薄膜場效應晶體管（organic?thin-film?field-effect?transistor，OTFFET）。也稱有機薄膜晶體管（organic?thin-film?transistor，OTFT）或者有機場效應晶體管（organic?field-effect?transistor，OFET），在本論文中，為方便起見，我們統一稱為有機薄膜晶體管。?

雖然有機半導體材料的種類不斷得到豐富，但是材料的選擇范圍很是很小的，基本上集中于并五苯和寡聚噻吩及其衍生物上，除此以外酞菁及其衍生物也略有涉及但是要少很多。?

一方面載流子遷移率很難再有大幅度提高，另一方面這些種材料具有合成困難，價格昂貴、穩定性較差等缺點。而且只選擇這些材料大大的縮小了有機半導體材料的選擇范圍。新的有機半導體需要被嘗試。更多的有機材料應該被用于有機薄膜晶體管的領域當中，不斷的拓寬有機薄膜晶體管的選材范圍，進而提高其性能。因而在本專利中研究了新的材料，一類有機稠環芳烴衍生物材料作為新的半導體層，并制備了器件。通過對器件中有機半導體材料層的厚度、蒸發和旋涂速率、金屬電極金Au電極的厚度參數等的不斷調整以及采用退火等操作流程，大大優化了器件的性能，使得器件的載流子遷移率從10^-5cm²/Vs達到了0.9cm²/Vs，開關電流比從20～30提高到了10⁴～10⁵。?

場效應晶體管有著較好的工作速率，較低的能耗功率，封裝也比較容易實現大規模制作，因此它們在存儲器、便攜式電子計算機、自動化電子設備、數據傳送設備、隨機邏輯系統中可以有廣泛的應用。?

相對于無機的場效應晶體管，有機薄膜晶體管有著如下的優點：?

有機薄膜技術更多、更新、更薄，使得器件的尺寸能夠更小，集成度更高，使得應用有機薄膜晶體管的電子元器件可以達到更高的運算速度和更小的操作功率。利用有機薄膜大規模制備技術，可以制備大面積的器件。?

有機材料的合成相對于無機材料容易，有機分子選材廣泛，而且通過對有機分子結構進行適當的修飾，可以得到不同性能的材料，因此通過嘗試新的材料以及對有機半導體材料進行改性就能夠使有機薄膜晶體管的電學性能達到理想的結果。?

有機薄膜晶體管的上述特點決定了它有著非常廣闊的應用前途，因此人們在對有機薄膜晶體管器件制備工藝和機理進行研究的同時，對相關的應用研究也投入了很大的精力?，F在已經被應用于有機存儲器件、有機集成電路、有機有源點陣顯示器的驅動、有機氣體/離子傳感器等眾多的領域。?

發明內容：