[發明專利]一種雙柵結構的光敏有機場效應晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 201610021254.0
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105679937A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 張璇;唐瑩;韋一;彭應全
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/30;H01L51/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于有機薄膜器件領域，具體涉及一種雙柵結構的光敏有機場效應晶體管。

背景技術

隨著半導體技術的發展，目前以集成電路為核心的電子信息產業已經超過了傳統的石油、鋼 鐵、汽車產業，成為全球第一大產業，帶動各行各業的發展和經濟的進步。根據摩爾定律， 集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。 目前最新的集成電路制造工藝，晶體管的的特征尺寸已達到了14nm，但是隨著集成電路的集 成度越來越高，特征尺寸也越來越小，也伴隨著一些問題出現，如量子隧穿效應引起的電流 泄漏等，這些問題將限制傳統無機半導體的發展，科學家也提出了改進器件結構，采用高介 電常數材料作為介質層來解決目前的問題，但是從長遠來看要從根本上解決問題必須采用新 的材料和方法。自從人們發現摻雜的聚乙炔可以導電以來，用有機物代替傳統無機半導體材 料成為研究的熱門，隨之興起一門新的學科——有機電子學，有機物作為半導體材料比傳統 的硅鍺材料有更多優勢，比如材料無數種，可用化學合成和修飾滿足各種需要，最重要的是 有機材料具有柔性，可大面積制備，適合打印、印刷、旋涂等低成本生產工藝。與光敏無機 場效應管相比，光敏有機場效應管(photosenitiveorganicfield-effect transisitor，photOFET)具有光響應度高，可以大面積低成本制造以及制造過程環境友好等 優點。通常，光敏有機場效應管由襯底、柵極、柵介質、有機光敏層、源極和漏極組成。為 了獲得更實際的應用，OTFTs的性能還需進一步的提高和改善。文章中以酞菁鉛(PbPc)為有機 半導體材料，制備了雙柵結構的有機光敏場效應晶體管。本文介紹了采用雙柵結構制作的有機 光敏場效應體管，這種結構的器件具有兩個柵極，對導電溝道有更好的控制，并在較低的操作 電壓下獲得了較大的輸出電流，與單柵有機薄膜晶體管相比，場效應遷移率以及電流開關比更 高。有機光敏有機場效應晶體管以其成本低、柔性好、易加工等優點越來越受到人們的青睞， 目前已廣泛應用于低端器件。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙柵結構的光敏有機場效應晶體管及其制備方法。

本發明提供的一種雙柵結構的光敏有機場效應晶體管，其結構如圖1所示，包括包括頂 部柵電極(1)、頂柵絕緣層(2)、有機半導體層(3)、源電極(4)、漏電極(5)、底柵絕緣層(6)、 底部柵電極(7)。底柵絕緣層覆于底部柵電極之上，源電極和漏電極分別覆于底柵絕緣層的兩 側，中間部分形成溝道，有機半導體層覆于溝道及源電極、漏電極之上，頂柵絕緣層覆于有 機半導體層之上，頂部柵電極覆蓋于頂柵絕緣層之上；在該晶體管中，構成底部柵電極和頂 部柵電極的材料為ITO，構成底柵絕緣層和頂柵絕緣層的材料為PVP，構成源電極和漏電極的 材料為金，構成有機半導體層的材料為酞菁鉛；晶體管采用左右完全對稱的結構，頂柵絕緣 層和底柵絕緣層厚度完全相同。

采用波長為780-980nm的近紅外光照射時，輸出電流明顯增加。

分別施加頂部柵電極電壓或底部柵電極電壓，皆可控制晶體管的開啟和關閉，同時向頂 部柵電極和底部柵電極施加電壓，可增大有機場效應晶體管的載流子遷移率；所述的一種具 有雙柵結構的光敏有機場效應晶體管具有三種工作模式：

1.當施加底部柵電極電壓時溝道開啟，有機場效應晶體管源電極和漏電極導通；

2.當施加頂部柵電極電壓時溝道開啟，有機場效應晶體管源電極和漏電極導通；

3.當同時施加頂部柵電極電壓和底部柵電極電壓時，有機場效應晶體管源電極和漏電極 輸出電流相對上述兩種工作模式增大；

本發明提供的制備上述雙柵結構的光敏有機場效應晶體管的方法，包括如下步驟：

1)在清洗后的玻璃襯底上制備底部柵電極；

2)在所述步驟1)得到的底部柵電極之上制備底柵絕緣層；

3)在所述步驟2)得到的帶有底柵絕緣層的襯底之上制備源電極和漏電極；

4)在所述步驟3)得到的基礎之上制備有機半導體層；

5)在所述步驟4)得到的半導體層之上制備頂柵絕緣層；

6)在所述步驟5)得到的頂柵絕緣層之上制備頂部柵電極；