[发明专利]一种有机场效应晶体管及其专用源漏电极与制备方法

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，特别是涉及一种以图案化的石墨烯电极作为源漏电极的下电极结构的有机场效应晶体管及其制备方法，以及该图案化的石墨烯电极与制备方法。

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，整个晶体管由栅极电极1、介电层2、有机半导体层3、源电极4和漏电极5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4和漏电极5设于有机半导体层3上，与介电层2不连接(图1a)；而在下电极结构中，源电极4和漏电极5设置在有机半导体层3和介电层2之间，与有机半导体层3和介电层2均连接(图1b)。其中下电极结构可以和成熟的光刻技术相兼容，但是金属电极和有机半导体的接触较差。

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。与无机场效应晶体管相比，有机场效应晶体管具有其自身独特优点，主要包括其制备工艺简单、成本低廉、重量轻、柔韧性好等。近几年来，有机场效应晶体管在材料(有机半导体材料，电极材料，绝缘层材料)、器件性能和其应用的开发等各方面均取得了长足的发展。目前，基于有机半导体的场效应晶体管的主要性能指标(迁移率和开关比)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)，这使得有机场效应晶体管具备了走向应用的基本要素。

降低成本是推动有机场效应晶体管走向应用的有效途径，因此，开发低成本的有机半导体材料和有机半导体薄膜制备工艺、开发低成本的有机绝缘层以及开发低成本的电极是目前研究热点。以有机场效应晶体管电极为例，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)一般采用昂贵金作为有机场效应晶体管的源漏电极，而成本低廉的铜和银作为电极会降低有机场效应晶体管的性能。

石墨是碳的最稳定存在形态，所以它在诸多方面有着广泛的应用。近年来，石墨烯(一层或几层的二维石墨)作为凝聚态物理和材料科学的新星，其相关的研究引起了人们的广泛关注。截止到目前为止，关于该方面的研究主要集中于基础方面的研究，而应用方面的研究即将引起人们的关注。此外，石墨烯的生长和图案化也是它现在面临的主要问题之一，石墨分裂、外延生长和石墨氧化是目前得到石墨烯的有效方法，((a)Novoselov，K.S.；Geim，A.K.；Morozov，S.V.；Jiang，D.；Zhang，Y.；Dubonos，S.V.；Grigorieva，I.V.；Firsov，A.A.Science 2004，306，666.(b)Evans，J.W.，Th iel，P.A.；Bartelt，M.C.Sur.Sci.Rep.2006，61，1.(c)McAllister，M.J.，Li，J.；Adamson，D.H.；Schniepp，H.C.；Abdala，A.A.；Liu，J.；Herrera-Alonso，M.；Milius，D.L.；Car，R.；Prud’homme，R.K.；Aksay，I.A.Chem.Mater.2007，19，4396.)，但是这些方法难以实现石墨烯的图案化。

发明内容

本发明的目的是提供一种图案化石墨烯电极及其制备方法。

本发明制备图案化石墨烯电极的方法，包括如下步骤：

1)在衬底上沉积金属薄膜，并将所述金属薄膜图案化；

2)将沉积有图案化金属薄膜的衬底置于化学气相沉积系统中，在图案化金属薄膜表面化学气相沉积石墨烯，得到图案化石墨烯电极。

其中，化学气相沉积所用的碳源为甲醇、乙醇、丙醇、戊醇、苯、甲苯、二甲苯和甲烷等。化学气相沉积的温度为100-1200度；载气为N₂、Ar、N₂/H₂或Ar/H₂。金属电极材料为银、铜、金、铝、钙、镁、锡、铁、钠、钡或它们的合金。

本发明方法制备得到的图案化石墨烯电极也属于本发明的保护范围。