[发明专利]低成本高性能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，特别涉及一种制备新型低成本高性能有机场效应晶体管的方法，是一种采用低成本的金属作为电极的有机场效应晶体管。

背景技术

自从上世纪80年代发明(Tsumura，A.；Koezuka，H.；Ando，T.Appl.Phys.Lett.1986，49，1210)有机场效应晶体管以来，有机场效应晶体管由于在柔性显示，有机集成电路等方面的潜在应用前景引起了人们的广泛研究兴趣。与无机晶体管相比，有机场效应晶体管具有制备工艺简单、成本低廉、重量轻、柔韧性好等优点。近几年来，有机场效应晶体管不论在新型稳定的有机半导体材料设计合成以及器件制备等各方面均取得了长足的发展。基于有机半导体的场效应晶体管的性能已经达到和无定形硅器件性能相媲美程度(Nelson，S.F.；Lin，Y.Y.；Gundlach，D.J.；Jackson，T.N.Appl.Phys.Lett.1998，72，1854)，同时人们通过各种方法不断改进器件的结构从而实现高性能和低成本的目的。

低成本是有机场效应晶体管相对与无机器件的独特优势，这也为有机器件的研制提供了动力。目前，为了保证载流子的有效注入(特别是P型有机场效应晶体管)一般采用金作为有机场效应晶体管的电极，这很大程度上提高了器件的成本。但是如果采用低成本的金属作为电极，很难保证载流子的有效注入，从而降低了有机场效应晶体管的性能。此外，有机场效应晶体管有两种结构：上电极结构和下电极结构。一般而言，上电极结构具备和半导体的良好接触，但是很难结合传统的光刻技术来实现大规模制备，下电极结构可以利用光刻技术，但是不能保证电极和有机半导体的接触。这使得改进有机场效应晶体管的下电极结构的接触成了人们的研究热点。Ioannis Kymissis和David J.Gundlach分别采用十六烷基硫醇和4-硝基苯硫醇修饰金电极得到了高性能下电极结构有机场效应晶体管，(1：Kymissis，I.；Dimitrakopoulos，C.D.；Purushothaman，S.IEEETransactions on electron devices.2001，48，1060.2：Gundlach，D.J.；Jia，L.L.；Jackson，T.N.IEEE electron device letters，2001，22，571.)但是该结构仍然基于成本昂贵的金作为电极。最近，Beng S.Ong等开发了采用打印的经修饰银纳米粒子作为有机场效应晶体管的电极，制备了和金上电极结构性能相当的高性能器件。(Wu Y.L.；Li，Y.N.；Ong，B.S.JACS 2006，128，4202)该研究制备的高性能低成本的下电极有机场效应晶体管引起人们的极大兴趣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对低功函的金属电极进行修饰的方法，可使金属下电极与半导体有良好的接触，保证载流子的有效注入。

本发明的另一目的在于基于上述修饰方法，制备一种可以实现高性能、低成本的下电极结构的有机场效应晶体管。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种低成本高性能有机场效应晶体管，为下电极结构，包括衬底、栅极电极、绝缘层、源漏电极和有机半导体；其源漏电极，是由具有低功函的材料构成，包括银或铜，在源漏电极和有机半导体的接触面形成有有机电荷转移复合盐层。

一种所述的有机场效应晶体管的制备方法，先按常规在衬底上顺序沉积栅极电极和绝缘层，再制作源漏电极；其后续包括以下步骤：

第一步，源漏电极的沉积：

将沉积有栅极电极和绝缘层的衬底，用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗后烘箱烘干，然后经十八烷基氯硅烷(OTS)修饰，之后用正庚烷、乙醇、丙酮超声清洗，然后制备至少一层金属银或铜，构成源漏电极；

第二步，源漏电极的修饰：

将7，7，8，8-四氰基醌二甲烷(TCNQ)的乙腈溶液滴于沉积好电极的绝缘层上，1～5秒后甩干，然后经乙腈冲洗后，得到修饰后具有有机电荷转移复合盐层的源漏电极；

第三步，有机半导体材料的沉积：

将制备好下电极结构的晶体管上，采用有机物成膜方法得到厚度为10～150纳米的有机层；

第四步，器件测试：

将制备好的下电极结构有机场效应晶体管，在大气环境下(10⁵Pa)室温(298K)测试后，得成品。