[发明专利]一种有机场效应晶体管结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及有机电子学技术领域，特别涉及一种有机场效应晶体管结构及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的不断深入，电子产品已经进入人们生活工作的每个环节。在日常生活中人们对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大，传统的基于无机半导体材料的器件和电路在技术和成本方面难于满足这些要求，因此可以实现这些特性的基于有机半导体材料的微电子技术在这一趋势下得到了人们越来越多的关注。

有机场效应晶体管作为有机电路的基础元器件，其性能对电路的性能起着决定性的作用。除了所用材料对器件性能的影响外，有机场效应晶体管的结构对其性能也有较大的影响。有机场效应晶体管通常由衬底、栅电极、栅介质、有机半导体和源漏电极等五个部分组成。根据这几个部分的位置分布，有机场效应晶体管可以分为顶栅顶接触、顶栅底接触、底栅顶接触和底栅底接触等四种结构。其中“接触”指的是源、漏电极和有源层之间的接触。

大量实验证明，源、漏电极处于有源层上表面形成“顶接触”所产生的接触电阻相对比较小。采用顶接触能够大幅度地提高有机场效应晶体管的注入电流。通常所用来制备顶接触器件的技术为镂空掩模蒸发技术，采用镂空掩模定义电极的形状和尺寸。该技术由于镂空掩模本身的制备难度和制备电极过程中镂空掩模和衬底之间有相对较大的间隙，从而使得所制备出来的电极尺寸较大，并且图形形状比较受限，不能够用来制备规模较大的电路。

因此迫切需要一种高分辨率的能够制备各种复杂图形的有机场效应晶体管结构及其制备方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种有机场效应晶体管结构及其制备方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种有机场效应晶体管结构，包括：

绝缘衬底；

位于该绝缘衬底之上的栅电极；

覆盖于该栅电极和该绝缘衬底的栅介质层；

位于该栅介质层之上的有源层；以及

位于该有源层之上的保护层、源电极和漏电极；

其中，所述保护层、源电极和漏电极处于同一平面，源电极和漏电极与有源层接触，形成顶接触式结构；栅电极与有源层形成底栅结构。

上述方案中，所述保护层位于有源层的上表面，并且形成图形化的结构，使得大部分的有源层被保护层所覆盖，未被保护层所覆盖的有源层与源、漏电极直接接触，形成顶接触式结构。

上述方案中，所述栅电极为金属栅电极或有机栅电极，位于绝缘衬底的上表面，栅介质层覆盖栅电极和绝缘衬底。

上述方案中，所述绝缘衬底为长有绝缘薄膜的硅片、玻璃或塑料薄膜。

上述方案中，所述栅电极采用金属导电材料金、铂、银、铜、镍、铝、钛、铁或铬，以及导电有机物PEDOT:PSS制作而成。

上述方案中，所述栅介质层采用氧化硅、氧化铝、氧化哈、氧化锆、氧化钽、氮化硅、聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚乙烯吡硌烷酮、聚甲基丙稀酸甲酯和聚对二甲苯。

上述方案中，所述有源层采用并五苯、酞菁铜CuPc、P3HT、噻吩和有机半导体材料红荧稀制作而成。

上述方案中，所述保护层为交联后的聚乙烯醇薄膜。

上述方案中，所述源、漏电极采用金属材料金、铂、银、铜、镍、铝、钛、铁或铬，以及导电有机物PEDOT:PSS制作而成。

一种有机场效应晶体管结构的制备方法，包括：

在绝缘衬底上制备栅电极；

在制备有栅电极的绝缘衬底表面沉积栅介质层；

在栅介质层表面沉积有源层；

在有源层表面制备图形化的保护层；

在保护层表面沉积源、漏电极金属薄膜。

上述方案中，所述栅电极为金属栅电极或有机栅电极，金属栅电极采用光刻技术定义其相应的刻胶图形，再通过电子束蒸发、溅射或热蒸发方法来沉积金属，最后通过金属剥离的方法来转移图形，从而制备出金属栅电极；有机栅电极采用喷墨打印技术来沉积和图形化。

上述方案中，所述栅介质层为无机栅介质层或有机介质层，无机栅介质层通过低压化学气相沉积、溅射或者原子层沉积方法来制备，有机介质层的制备通过旋涂技术来沉积介质薄膜。

上述方案中，所述有源层通过真空热沉积、旋涂技术来形成。

上述方案中，所述保护层通过旋涂工艺制备，然后再通过光刻、显影定义图形，并去除部分保护层，保护层的厚度大于100nm。