[發(fā)明專利]一種含氟石墨烯修飾層有機場效應晶體管的制備方法

有效

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• 申請日: 2014-03-19
• 公開（公告）號: CN103855305A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 王麗萍;謝曉冬;于貴;張衛(wèi)鋒;朱明山;郭云龍;陳鵬磊;劉鳴華
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發(fā)明屬于半導體材料器件領域，涉及一種含氟石墨烯修飾層有機場效應晶體管的制備方法。

背景技術

有機場效應晶體管由于其在傳感器、存儲器、智能卡、電子紙、射頻標簽和顯示驅動等電子領域有巨大的應用潛力而受到廣泛關注。此外，有機場效應晶體管還在其他領域展現(xiàn)出巨大的作用，如光發(fā)射、光響應、信號存儲、環(huán)境控制和醫(yī)學檢測等方面。在這些功能中，光響應包括器件的光檢測和信號放大的性質，這些性質使得有機場效應晶體管在光轉換器中得到很大的應用。具有光響應功能的有機場效應晶體管稱之為有機光晶體管，有機光晶體管相對于有機二極管來說具有更高的光敏感度和更低的噪聲，并且能夠在有機電子電路中實現(xiàn)大面積的集成。

自Narayan和Kumar在2001年第一次發(fā)現(xiàn)有機光晶體管以來（K.S.Narayan,N.Kumar.AppliedPhysicsLetters,2001,79:1891.），有機光晶體管得到了快速的發(fā)展。一系列的π共軛的有機分子被用到有機光晶體管中，其中并五苯就是一個常用的材料，在眾多的文獻當中它已經(jīng)被人們廣泛的研究。研究表明以并五苯為半導體的有機光場效應晶體管在不同界面上表現(xiàn)出不同的光敏感性，在TiO₂作為絕緣層的界面上的光敏感性比PMMA作為絕緣層界面的要高許多。有報道采用PVP和PMMA來修飾并五苯和TiO₂的界面（Y.Hu,etal.AppliedPhysicsLetters,2006,89:072108.），這些修飾可以提高晶體管的性能并能改變并五苯對光的敏感性。這說明絕緣層的性質可對器件的光電性能產(chǎn)生較大影響。

石墨烯由于在有機電子學中的優(yōu)異性質而被大量深入的研究（K.S.Novoselov,etal.Science,2004,306:666;K.S.Novoselov,etal.Nature,2005,438:197.）,但由于石墨烯沒有帶隙它在半導體領域的應用受到了限制。含氟石墨烯是石墨烯家族中比較年輕的成員，由于其帶隙的可調控性，已經(jīng)引起人們的興趣（J.T.Robinson,etal.Nanoletter,2010,10:3001;K.J.etal.ACSNano,2011,5:1042.）,但尚未見關于含氟石墨烯在有機光晶體管中的應用

報道。因此，使用含氟石墨烯進行修飾有機場效應晶體管的界面來改變有機光晶體管性能的研究是有價值的新嘗試。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的主要技術問題是提供如何用引入修飾層的方法制備有機場效應晶體管并提高器件的性能。本發(fā)明的主要目的是引入含氟石墨烯作為修飾層，以三異丙基硅乙炔取代的并四苯并噻吩（簡稱：并四苯并噻吩，TIPSEthiotet）和并五苯作為半導體層，通過簡單的甩膜方法制備有機場效應晶體管。含氟石墨烯修飾層的引入可以提高器件的性能，所制備的含氟石墨烯修飾層的TIPSEthiotet和并五苯器件具有高的光響應性和光敏感性。

一種含氟石墨烯修飾層有機場效應晶體管的制備方法，以含氟石墨烯（FG）修飾絕緣層表面，采用有機半導體材料和并五苯作為半導體層，制備底柵底電極結構（BGTC）的有機光場效應晶體管，其器件結構如附圖1所示。該方法的特征在于其工藝步驟如下：

A.基片預處理：將切好的硅片依次用清水、二次水、乙醇、丙酮超聲清洗，再放入硫酸過氧化氫混合溶液中清洗，然后再用二次水、乙醇、丙酮分別超聲處理，最后用氮氣吹干備用。

B.修飾層制備：將含氟石墨烯的溶液均勻鋪在上述A步驟所得的清潔硅片上，通過甩膜的方法得到薄膜，然后將所得薄膜基片在真空烘箱中于50-80℃烘干1-3h，即可得到含修飾層的薄膜基片。

C.薄膜制備：將有機半導體材料的溶液均勻鋪在上述B步驟所得含修飾層的基片上，按照B步驟所述方法制備可得含修飾層的半導體薄膜。同樣，將有機半導體材料的溶液均勻鋪在上述A步驟所得清潔硅片上，按照B步驟所述方法制備可得不含修飾層的半導體薄膜。

D.器件制備：將上述C步驟所得的薄膜進行真空鍍膜，通過掩膜法鍍金電極，即可得到含修飾層和不含修飾層的器件。

進一步的，所述方法中：含氟石墨烯為含氟石墨烯和氧化石墨烯。

進一步的，所述方法中：有機半導體材料為三異丙基硅乙炔取代的并四苯并噻吩（TIPSEthiotet）和并五苯。TIPSEthiotet、并五苯和含氟石墨烯的分子結構如附圖1所示。

進一步的，所述方法中：絕緣層為SiO₂，厚度為300nm。