[發明專利]一種環保高效有機場效應晶體管的制備方法

在審

• 申請號: 202110758930.3
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113675338A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 趙巖;劉云圻;王芝慧;易郅穎
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L51/40
• 分類號: H01L51/40;H01L51/05
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于有機電子器件領域，具體為一種環保高效有機場效應晶體管的制備方法。本發明利用旋涂和真空熱蒸鍍等工藝按照柵極/介電層、有機半導體薄膜/源漏電極的基本結構組裝器件后，進一步通過冷卻浴快速淬冷，改善半導體薄膜的凝聚態結構，減小分子堆積距離，有效提升有機場效應晶體管器件的載流子遷移率和開態電流。本發明方法對有機小分子或聚合物半導體均能產生有益效果，具有普適性。同時快速淬冷的過程環保高效，避免高溫長時間的退火過程，大大加快了制備進度，降低成本和耗能，有利于大面積多批量的生產制備。

技術領域

本發明屬于有機電子器件領域，具體涉及一種有機場效應晶體管的制備方法。

背景技術

有機場效應晶體管是基于有機半導體材料制備的電子元器件，因其具有成本低廉、力學柔韌性、質量輕、可溶液法加工和生物兼容性等優勢，受到了越來越多的關注，在柔性電子電路、大面積柔性顯示屏、生物傳感器、智能識別等領域展現出巨大的應用前景。經過30余年的發展，人們對于材料合成、分子結構、器件構型的探索不斷加深，有機場效應晶體管器件性能得到了很大的提升，已經能夠滿足邏輯電路和驅動電路的基本要求。但要進一步實現可穿戴設備、電子皮膚、活體監測等應用需求，器件性能的穩定性、制備工藝的可重復性、大面積加工和生物體應用的可行性等仍需要進一步的優化，探索快速高效的制備方法成為人們關注的重點。

有機半導體材料是場效應晶體管器件的核心材料，其凝聚態結構對載流子的傳輸有著至關重要的影響。除了分子結構和成膜條件之外，熱退火處理能夠在成膜之后進一步地改善半導體的凝聚態結構，是一種普遍使用的有機半導體薄膜后處理方法。高溫能夠增加分子鏈熱運動促使鏈段重排成更加有序緊密的堆積結構，有利于鏈間的電荷傳輸，能夠一定程度上提高載流子遷移率。然而這種方法并不適用于塑料、樹脂等不耐受高溫的柔性材料，同時退火處理過程耗時長，需要真空條件或惰性氣體保護。從節能環保的角度出發，需要發掘更加高效快速且具有普適性的新型制備方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種快速、簡便的高效環保有機場效應晶體管制備方法，該法不僅環保節能，且能有效改善有機半導體薄膜凝聚態結構，提升器件電荷傳輸性能，適用于多種有機小分子和有機聚合物的體系。

本發明提供的有機場效應晶體管制備方法，具體步驟為：

（1）在基底上依次沉積柵極和介電層，并對介電層進行表面修飾處理；

（2）制備有機半導體聚合物和有機小分子材料的半導體薄膜，作為溝道電荷傳輸層；

（3）設計特殊圖案化的掩模，并沉積源漏電極；

（4）將所制備的初始器件通過浸沒于冷卻浴中實現快速淬冷處理，即制得有機場效應晶體管。具體是將初始器件快速浸入低溫液氮中，也可以浸入液氮與溶劑的混合物中，浸泡的時間為5-30min，取出氮氣吹干，即可。其中所述溶劑為乙醇、丙酮、氯仿、正己烷或乙酸乙酯等，液氮與溶劑配比范圍介于2:1至3:1之間，獲得的混合冷卻浴的溫度范圍在-50至-120 ^oC之間。

本發明中，所述有機場效應晶體管結構可以為底柵頂接觸結構，從下到上依次為柵電極/介電層/半導體薄膜/源漏電極；或為底柵底接觸結構，從下到上依次為柵電極/介電層/源漏電極/半導體薄膜；兩種結構均適用于本方法。

本發明的有機場效應晶體管中：

所述有機半導體薄膜，包括p型有機聚合物薄膜，如P3HT,DPP-TT,DPP-TVT等，但不限于上述幾種有機薄膜；以及n型聚合物薄膜，如N2200等。這類半導體薄膜的制備方法為溶液法，如旋涂法、噴涂法、滴涂法、噴墨打印法等，其厚度范圍為10-100nm。

半導體薄膜還可以為有機小分子薄膜，如并五苯等，制備方法為熱蒸鍍法，厚度范圍為10-100nm。

所述介電層，可以是二氧化硅、氧化鋁等無機材料，以及聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯丁二烯共聚物、聚二甲基硅氧烷等柔性聚合物。