[發明專利]一種超高增益有機放大器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011394499.0
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112530989A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 王欣然;羅中中;施毅
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L27/28
• 分類號: H01L27/28;H01L51/00;H01L51/05;H01L51/40;A61B5/30;A61B5/308;A61B5/318
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 吳飛

本發明公開一種超高增益有機放大器及其制備方法。該超高增益有機放大器由一個驅動晶體管和一個負載晶體管串聯構成，其中負載晶體管的柵極與源極短接；驅動晶體管和負載晶體管的柵極介電層為鐵電性氧化物薄膜，半導體溝道層為有機分子薄膜。其制備方法包括：在襯底上制備局域柵極金屬層；在局域柵極金屬層表面生長鐵電性氧化物薄膜作為介電層；制備半導體層和電極層。該超高增益有機放大器可以在3V工作電壓下實現超過10000的電壓增益，1V工作電壓下實現4000的增益，同時，可以實現電池供電。該超高增益的有機放大器亦可在柔性襯底上實現。另外，該有機放大器可用于各類微小信號的檢測和放大。

技術領域

本發明涉及一種放大器及其制備方法，特別涉及一種超高增益有機放大器及其制備方法，屬于有機半導體電子器件和可穿戴電子器件技術領域。

背景技術

由于加工成本低廉以及其本征柔性，有機半導體器件已經廣泛應用于可穿戴電子應用中，如物聯網、射頻電子標簽、可穿戴傳感器等。對于這些應用，有機半導體已經得到了大量研究，但是使用的電路通常需要較大的工作電壓，從而導致高功耗和不適合電池供電的操作。

同時，穿戴式電子設備最具挑戰性的部分是傳感器接口，作為一種模擬電路應用，其需要具有高增益，高的輸入阻抗和簡單、低成本制造工藝的低電壓、低功率電路。目前，用于穿戴式電子設備中的信號放大模塊，部分采用傳統的放大芯片，但其難以實完全的柔性；也有部分采用新型結構的柔性放大器，但其增益最大在100左右。

基于此，發明人設計開發了一種超高增益有機放大器，其增益超過10⁴，且可以實現完全的柔性化。

發明內容

發明目的：針對現有有機放大器存在的問題，本發明提供一種在低工作電壓下可實現電壓增益超過10⁴的超高增益有機放大器，并提供了一種該有機放大器的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種超高增益有機放大器，該超高增益有機放大器由一個驅動晶體管和一個負載晶體管串聯構成，其中負載晶體管的柵極與源極短接；該驅動晶體管和負載晶體管的放大器中柵極介電層為鐵電性氧化物薄膜，半導體溝道層為有機分子薄膜。利用鐵電性氧化物薄膜作為介電層引入的負電容效應第一次打破了有機薄膜晶體管的玻爾茲曼限制，大大提高了放大器中薄膜晶體管的跨導以及輸出電阻，使得該放大器可實現超低的工作電壓和超高的電壓增益。

優選的，鐵電性氧化物薄膜為鉿基鐵電性氧化物薄膜、鈣鈦礦結構鐵電氧化物薄膜中的一種。進一步優選的，鉿基鐵電性氧化物為鉿鋯氧、鉿鋁氧、鉿鑭氧、鉿硅氧、鉿釔氧、鉿鍶氧、鉿釓氧、鉿釹氧或鉿釤氧；鈣鈦礦結構鐵電氧化物為鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛鑭、鍶鈦酸鋇或鉍鉭酸鍶。有機分子薄膜可采用任何一種有機半導體薄膜，有機半導體材料優選有機小分子半導體或有機聚合物半導體，進一步優選2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩、2,9-二癸基二萘酚[2,3-b:2'，3'-f]噻吩[3,2-b]噻吩、并五苯等。

本發明所述的一種超高增益有機放大器的制備方法，包括如下步驟：

(1)根據有機放大器的結構，在襯底上制備局域柵極金屬層；

(2)在局域柵極金屬層表面生長鐵電性氧化物薄膜作為介電層；

(3)在介電層表面生長單層有機分子薄膜作為半導體溝道層；

(4)在半導體溝道層表面制備電極層。

上述步驟(1)中，襯底可為剛性襯底或柔性襯底，當采用柔性襯底時，可得到具有超高增益的柔性有機放大器，從而可在可穿戴式電子設備上應用。局域柵極金屬層可根據需要選擇多種金屬，優選為鈦/金雙層金屬。