[发明专利]直接在SiO2介电层上制备并五苯薄膜晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并五苯薄膜晶体管的制备方法，特别涉及一种直接在SiO₂介电层上制备并五苯薄膜晶体管的方法；该并五苯薄膜晶体管的迁移率可高达1cm²V^-1s^-1。

背景技术

有机电子器件可以通过真空镀膜、溶液旋涂、喷墨打印、图案压印等方法制备，具有制备工艺简单、低成本(仅为硅芯片的1％-10％)、易封装、可与柔性衬底兼容以及可在室温条件下处理和可大面积批量生产等优点。当要求大覆盖面积、机械弹性(柔性)、低温处理尤其是低成本时，有机电子器件有望满足低端电子产品产业化的需求，因此近年来引起人们极大的研究兴趣。有机薄膜晶体管是有机电子器件的核心元件，它的重要器件参数包括：载流子迁移率、电流开关比、阈值电压和亚阈值斜率。其中载流子迁移率决定晶体管的速度和饱合电流，是评判有机薄膜晶体管优劣的最重要的器件指标。

由于良好的稳定性和相对高的场效应迁移率，并五苯(Pentacene C₂₂H₁₄)成为最为广泛的有机p型半导体材料。并五苯多晶薄膜在薄膜晶体管中作为导电沟道层一般是采用真空蒸镀的方法制备而成。介电层是并五苯基薄膜晶体管中重要的组成部分，可选择多种介电材料，其中最为广泛应用的是在硅衬底上热氧化生成的二氧化硅层(SiO₂)。对有机小分子半导体薄膜的研究表明，导电沟道主要存在于有机薄膜的最初几个分子层之中，因此并五苯薄膜的初始生长状态对器件载流子迁移率的影响最大。一般而言沉积并五苯的衬底要尽量平整，有机薄膜沉积速率足够慢，以利于并五苯分子初始生长时形成连续完整的膜。同时高的真空度和一定的生长温度都有利于高质量高迁移率薄膜的获得。然而，即使是在非常平整的热氧化二氧化硅介电层上生长的并五苯薄膜，目前文献报道的生长模式、薄膜结构以及场效应迁移率的差别也非常大。这主要是由于并五苯薄膜的生长对衬底的表面清洁度、表面能、界面偶极等非常敏感。不同的表面清洗工艺包括湿法清洗、干法清洗和表面处理工艺(如引入长链烷烃自组装层十八烷基三氯硅烷OTS等)都能对有机薄膜晶体管迁移率产生很大影响。目前在未加修饰的SiO₂表面制备的并五苯场效应晶体管的迁移率普遍不高，从0.1cm²V^-1s^-1到0.5cm²V^-1s^-1不等，这主要是由于与硅片清洗具有完整的工业化流程如(SC-1，SC-2等)不同，人们迄今为止还没找到一种普遍认可的有利于并五苯生长的SiO₂清洗工艺。

目前，基于SiO₂-OTS并五苯有机薄膜晶体管的载流子迁移率可达到1cm²V^-1s^-1以上，但这类方法需要涉及比较复杂的单分子自组装层的制备工艺，在处理过程中还会使用许多有毒试剂如甲苯、氯仿等，对人体和环境皆存在潜在危害。而且在修饰过OTS和未加修饰的二氧化硅表面生长的并五苯薄膜的形貌完全不同，预示着两种情况的并五苯生长模式也不相同。所以从实际应用和基础科学研究的角度，都需要一种能够直接在二氧化硅表面上获得高迁移率的并五苯薄膜晶体管的方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的、环境友好的、易于执行的直接在二氧化硅介质层上制备高迁移率并五苯有机薄膜晶体管的方法。

本发明的技术方案是这样完成的：

本发明提供的直接在SiO₂介电层上制备并五苯薄膜晶体管的方法，包括：

在衬底层上制备栅电极；

在栅电极制备SiO₂介电层；

在SiO₂介电层上制备并五苯薄膜；和在并五苯薄膜上分别制备源电极和漏电极；其特征在于，所述的在SiO₂介电层上制备并五苯薄膜为直接在SiO₂介电层上制备并五苯薄膜；其步骤为：

先用浓度5wt％～29wt％的氨水溶液超声清洗SiO₂介电层；

再采用真空蒸镀的方法在经超声清洗SiO₂介电层沉积蒸镀并五苯薄膜，其沉积速度为0.001～0.04nm/s，真空度为1×10^-5mbar～1×10^-7mbar，温度为室温到60℃，沉积的并五苯薄膜厚度为30-100nm。