[發明專利]一種有機場效應晶體管

在審

• 申請號: 202210069897.8
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN114420843A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 李立強;戚建楠;陳小松;胡文平
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/40
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 李艷芬

本發明涉及有機半導體技術領域，公開了一種有機場效應晶體管，包括柵極、源極、漏極、介電層和有機半導體層；其中，所述有機半導體層包括納米粒子，所述納米粒子在有機半導體層中分布均勻且不連續，所述納米粒子體積占有機半導體層體積的0.1?3％。本發明在有機半導體層的有機半導體薄膜表面或薄膜內部引入微量的納米粒子，納米粒子均勻且不連續，不會影響有機半導體薄膜本身的電學性能。有機半導體薄膜的晶界、位錯、層錯以及表面等被納米粒子釘扎，導致有機半導體薄膜聚集態結構變化的勢壘增加，從而增強其聚集態穩定性，進而大幅增加有機場效應晶體管的最高工作溫度以及儲存壽命。

本申請是申請日為2021年09月23日，申請號為202111110113.3，發明名稱為“一種增強有機半導體薄膜聚集態穩定性的方法”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及有機半導體技術領域，特別是涉及一種有機場效應晶體管。

背景技術

有機半導體薄膜因其固有的機械柔性在電子領域開辟了一系列新的應用場景，如柔性顯示器、傳感器、射頻標簽以及可穿戴電子設備等，是下一代柔性電子技術的核心材料。經過三十多年的發展，目前以有機半導體薄膜所制備的有機場效應晶體管的遷移率已經超越了無定形硅場效應晶體管。然而，基于有機場效應晶體管的商業化產品還未實現，其主要瓶頸問題在于有機半導體薄膜的聚集態結構穩定性差。在長時間放置以及高溫條件下有機半導體薄膜會發生去浸潤的形貌變化，導致有機半導體薄膜的聚集態結構不穩定，進而導致有機場效應晶體管的電學性能下降甚至完全失效，主要失穩形式表現為開態電流的下降，閾值電壓的漂移以及遷移率的下降。因此，需要改善有機半導體薄膜的聚集態結構穩定性來使有機晶體管具備商用潛質。

傳統制備有機半導體薄膜的方法如真空熱沉積或溶液法所制備的有機半導體薄膜通常都為多晶體，本身存在大量晶界、位錯、層錯等缺陷，缺陷處有機分子排列不規則、能量高，相比完整晶體內部更容易發生形貌變化，使薄膜增加了額外的殘余應力，直接影響了薄膜的聚集態結構穩定性。有機半導體薄膜以弱的范德華力結合，本身結合力弱，相較于對于以共價鍵結合的無機半導體來說，更容易在應力的驅動下釋放薄膜內存儲的額外內能，進而導致薄膜發生聚集態結構的改變。即使在常溫條件下，有機半導體薄膜的聚集態結構也會發生變化，表現出本征的聚集態結構不穩定。因此，探究有機半導體薄膜的聚集態結構的失穩機制，進而開發有效的增強有機半導體薄膜的聚集態結構穩定性的方法對于設計穩定可商用的有機場效應晶體管是必須的。目前提高半導體薄膜穩定的方法有分子設計、封裝、低溫存儲、增加膜厚等，雖然減緩了聚集態不穩定所帶來的形貌變化，但均無法有效改變有機半導體薄膜本征聚集態不穩定特性，無法從根本上解決有機半導體器件失效的問題。

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有機場效應晶體管，該發明采用彌散增強的策略，通過抑制缺陷處的分子擴散，使有機半導體薄膜的聚集態結構變化的勢壘增加，進而提高有機半導體薄膜構筑的電子器件的工作溫度和儲存壽命。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種有機場效應晶體管，包括柵極、源極、漏極、介電層和有機半導體層；其中，所述有機半導體層包括納米粒子，所述納米粒子在有機半導體層中分布均勻且不連續，所述納米粒子體積占有機半導體層體積的0.1-3％。

所述有機半導體層，在絕緣襯底表面構筑有機半導體薄膜，然后在構筑的有機半導體薄膜表面或薄膜內部引入高熔點納米粒子，高熔點納米粒子均勻且不連續，引入的高熔點納米粒子是微量的，高熔點納米粒子體積分數占有機半導體薄膜體積的0.1％-3％，高熔點納米粒子可以引入在有機半導體薄膜表面，也可以在有機半導體薄膜內部。具體摻雜上限視不同高熔點納米粒子影響本征電學性能的體積分數為準，只要不影響有機半導體本身的電學性能即可。