[发明专利]一种有机场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机场效应晶体管及其制备方法，特别涉及一种铜为源漏电极的高性能低成本有机场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

有机场效应晶体管(organic field effect transistors(OFETs))是通过调节栅极电压来控制源漏极之间电流大小的一种有源器件，整个晶体管由衬底1上的栅极电极2、绝缘层3、有机半导体层4、源电极5和漏电极6构成，其结构按源漏电极位置不同可分为：上电极结构和下电极结构，其结构示意图分别如图1A和图1B所示，在上电极结构中，源电极5和漏电极6设于有机半导体层4上，与绝缘层3不连接(图1A)；而在下电极结构中，源电极5和漏电极6与有机半导体层4和绝缘层3均连接(图1B)。有机半导体层由于比较软，所以其结构与无机FET有所不同，有机场效应晶体管采用倒置型结构，即在晶体管的栅极上构筑整个器件。当在栅极上施加电压后，有机半导体和绝缘层界面之间会形成一楔形的导电沟道，随着电压的增大，导电沟道就逐渐向源、漏极靠近，最后与之导通，这时就形成了电流，晶体管也就处于开(on)的状态。当栅极电压为零时，源、漏极之间的电流很小，晶体管处于关(off)的状态。而决定OFET性能的两个关键指标是：载流子的迁移率(μ)和开关比(I_on/I_off)。迁移率是指：在单位电场下，载流子在单位时间内漂移的距离。开关比是指：在一定的栅极电压下，晶体管处于开的状态和关的状态下电流之比。这两项决定了场效应晶体管性能的优劣。

自从上世纪80年代发明有机场效应晶体管以来(Tsumura，A.；Koezuka，H.；Ando，T.Appl.Phys.Lett.1986，49，1210)，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。与无机器件相比，有机光电器件具有低成本、重量轻、柔韧性好等独特优势。近年来，随着人们研究的广泛深入研究，有机场效应晶体管在材料设计、器件制备与结构、新应用探索和实用化工艺等诸多方面都取得了长足的发展。多种有机材料的有机场效应晶体管迁移率超过0.1cm²V^-1s^-1(1：Nelson，S.F.；Lin，Y.Y.；Gundlach，D.J.；Jackson，T.N.Appl.Phys.Lett.1998，72，1854.2：Meng，H.；Sun，F.；Goldfinger，M.B.；Gao，F.；Londono，D.J.；Marshal，W.J.；Blackman，G.S.；Dobbs，K.D.；Keys，D.E.J.Am.Soc.Chem.2006，128，9304.3：Ong，B.S.，Wu，Y.L.，Liu，P.，Gardner，S.Adv.Mater.2005，17，1141.)，已经可以和无定形硅相媲美。

尽管如此，有机场效应晶体管远不能实用化，这是由于器件的稳定性和成本仍不能满足应用需要。金电极是最为广泛使用的源漏电极，这是由于金具有优异的稳定性、导电性和较高的功函。对于P型有机半导体而言，高的功函可以保证电极与有机半导体的能级匹配，从而具备高的载流子注入效率。但是，金价格昂贵，不利于有机场效应晶体管的成本降低。优异的有机场效应晶体管电极需要满足以下条件：较高的稳定性、优异的导电性能和与半导体相匹配的能级。有机导电聚合物可以作为电极，但是其较差的导电性和较差的稳定性限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是具有高新能、低成本的有机场效应晶体管及其制备方法。

本发明所提供的有机场效应晶体管，包括衬底，和设于衬底上的栅极电极、绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极，其中，有机场效应晶体管为上电极结构，源电极和漏电极均为铜。

其中，铜的厚度为10～300纳米。衬底选自玻璃、陶瓷、聚合物或硅片；栅极电极由具有低电阻的材料构成，包括金属、合金材料和金属氧化物导电材料，金属包括金、银、铝、铜，金属氧化物导电材料包括氧化铟锡；绝缘层包括二氧化硅、氮化硅和有机绝缘材料；有机半导体层是具有场效应性能的有机材料，包括有机小分子材料、高分子聚合物材料或它们混合物，如：并五苯、并四苯、酞菁铜和酞菁氧钒等。

该有机场效应晶体管的制备方法，先在衬底上顺序沉积栅极电极、绝缘层和有机半导体层，然后，在有机半导体层上采用真空热蒸镀的方法沉积金属铜层，作为源电极和漏电极，得到所述有机场效应晶体管。