[发明专利]一种双工作模式有机场效应晶体管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机场效应晶体管技术领域，特别涉及一种双工作模式的有机场效应晶体管，是一种集增强型和耗尽型工作模式为一体的有机场效应晶体管和一种由两层或者两层以上不同半导体(其中至少有一种有机半导体)作为沟道以形成异质结或同质结的有机场效应晶体管。

背景技术

自从Tsumura et al.(Tsumura，A.；Koezuka，H.；Ando，T.Appl.Phys.Lett.1986，49，1210)关于有机场效应晶体管的报道以来，有机场效应晶体管由于其在有源矩阵显示，有机集成电路，电子商标等方面的潜在应用价值得到了人们的广泛关注。与无机晶体管相比，有机场效应晶体管具有低成本，重量轻，柔韧性好，易于大规模制备等特点。近年来，有机场效应晶体管取得了长足的发展，已经有应用于集成电路的尝试。其中基于并五苯的场效应晶体管迁移率已经超过1.5cm²V^-1s^-1(Nelson，S.F.；Lin，Y.Y.；Gundlach，D.J.；Jackson，T.N.Appl.Phys.Lett.1998，72，1854)，已经可以和无定形硅相媲美。基于红荧烯的单晶场效应晶体管迁移率高达15cm²V^-1s^-1(Sundar，V.C.；Zaumseil，J.；Podzorov，V.；Menard，E.；Willett，R.L.；Someya，T.；Gershenson，M.E.；Rogers，J.A.Science 2004，303，1644)。

将有机场效应晶体管用于构筑逻辑器件和集成电路是有机电子学的最终目的。目前，人们通过多种方法来实现这一目的，当前最主要的是借鉴无机半导体器件物理的基本理论，采用一个p型晶体管和一个n型晶体管，或者采用一对双极性场效应晶体管构筑逻辑门(Anthonopoulos，T.D.；de Leeuw，D.M.；Cantatore，E.；Setayesh，S.；Meijer，E.J.；Tanase，C.；Hummelen，J.C.；Blom，P.W.M.Appl.Phys.Lett.2004，85，4205)。但是，迄今为止，高迁移率的稳定的n型有机半导体材料寥寥无几，科学家经过多年的尝试，现在常用的n型材料仅限于氟酞菁类，苝酰亚胺类等少数化合，而且n型场效应晶体管的迁移率往往低于p型迁移率，对于双极性有机场效应晶体管，同样存在迁移率不匹配的问题。这就给构筑有机场效应逻辑电路造成了巨大的障碍。一方面，缺乏高迁移率的材料，另一方面，构筑逻辑门的两个独立器件的迁移率不匹配，有机逻辑器件的性能受到了制约。根据无机半导体理论，一共存在四种场效应器件(p型增强型，p型耗尽型，n型增强型和n型耗尽型)，都可以用于构筑逻辑器件(Sze，SMPhysics of Semiconductor Device.2nd.ed.New York：Wiley，1981)。逻辑器件的构筑有两种方式，以最常见的非门为例，可以用基于不同类别半导体材料(p型和n型)的同种工作模式(增强型或耗尽型)的两个场效应晶体管构筑，也可以用基于相同类别半导体材料(p型或n型)的不同同种工作模式(增强型和耗尽型)的两个场效应晶体管构筑(C.Carruthers and J.Mavor，IEE Proc.Circ.Dev.Syst.1992，139，377，S.Nuttinck；A.J.Scholten；L.F.Tiemeijer；F.Cubaynes；C.Dachs；C.Detcheverry；E.A.Hijzen，IEEETrans.Electron.Dev.2006，53，153).但是，现在报道的有机场效应晶体管一般都是增强型的，很少有报道耗尽型的有机场效应器件，这主要是由于有机半导体器件往往都是基于高纯度的有机化合物制备的，一般不采用无机半导体工艺中的掺杂和扩散等手段，所得到的器件一般不呈现出耗尽型工作模式.然而，早期的研究表明，有机场效应晶体管也可以存在耗尽型的工作模式(H.Klauk，D.J.Gundlach，M.Bonse，C.C.Kuo，and T.N.Jackson，Appl.Phys.Lett.2000，76，1692)，但是这些实验现象都是由于非预期的掺杂(如氧掺杂)或者器件构筑的失败引起的，往往都是研究人员不希望得到的结果，没有得到过研究人员的注意。另外，对有机半导体的有意识的人为掺杂在有机发光二极管中有着广泛的研究，但对于有机场效应器件，一般为了提高器件的迁移率，希望沟道的活性层半导体材料的纯度越高越好，对有机场效应半导体的有意识的人为掺杂很少得到研究。