[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难于满足这些要求，因此可以实现这些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机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。其中迁移率决定了器件工作的快慢，进而影响电路的工作频率。电压，包括工作电压和阈值电压，决定了器件以及电路的功耗。

本发明提出了一种新型的有机场效应晶体管结构，该结构能够在不增加器件面积的前提下有效地增加器件的沟道数量，形成多沟道器件，从而增加器件的驱动能力，为制备高密度的有机电路提供一种可行的思路。

本发明另提供的制作这种有机场效应晶体管的方法采用先制备所有电极的工艺，有效避免了电极制备过程中对有机功能薄膜损伤，并且能够和现有的硅微加工技术兼容，能够充分利用现有设备，降低新器件制备的成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种有机场效应晶体管结构，该结构能够在不增加器件面积的前提下有效地增加器件的沟道数量，形成多沟道器件，从而增加器件的驱动能力。

本发明的另一个目的在于提供一种有机场效应晶体管的制备方法，为实现多沟道有机单元器件提供一种可行的方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种有机场效应晶体管结构，包括：

绝缘衬底；

形成于该绝缘衬底之上的栅电极；

覆盖于该绝缘衬底及该栅电极之上的第一类栅介质层；

形成于该第一类栅介质层表面沟道区域两侧的源漏电极；以及

形成于该源漏电极之间沟道区域之上的堆叠结构。

上述方案中，所述堆叠结构由有机半导体层与第二类栅介质层周期性交替堆叠而成，且有机半导体层位于该源漏电极之间沟道区域之上。所述堆叠结构的周期数至少为2个。所述有机半导体层和第二类栅介质层的厚度均小于30nm，周期性堆叠结构的总厚度小于源漏电极薄膜的厚度。所述有机半导体层与源漏电极的侧壁接触。

上述方案中，所述绝缘衬底为长有氧化硅薄膜或氮化硅薄膜的硅片、绝缘玻璃或绝缘塑料薄膜。

上述方案中，所述栅电极层采用的材料包括金、铝、铂、铜、银、镍、铬、钛、钽和导电有机物PEDOT:PSS。

上述方案中，所述源漏金属电极采用的材料包括金、铂、银、铜、铝或PEDOT:PSS。

上述方案中，所述第一类栅介质层覆盖于整个栅电极表面，隔离栅电极和源漏电极；第二类栅介质层只存在于沟道区域，与有机半导体层接触，并且与有机半导体层交替堆叠，形成周期性的结构；所述第一类栅介质层和第二类栅介质层采用的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钽、氧化铪、聚酰亚胺PI、聚乙烯吡硌烷酮PVP、聚甲基丙稀酸甲酯PMMA和聚对二甲苯parylene。

上述方案中，所述有机半导体层采用的材料包括并五苯、金属酞菁CuPc、P3HT、噻吩或红荧稀。

一种制备有机场效应晶体管结构的方法，包括：

在绝缘衬底上制备图形化的栅电极层；

在栅电极层上制备第一类栅介质层，覆盖整个样品表面；

在第一类栅介质层表面上制备图形化的源漏电极；

在沟道区域之上交替制备有机半导体层和第二类栅介质层，在沟道区域之上形成具有多个周期的堆叠结构，完成器件的制备。

上述方案中，所述在绝缘衬底上制备图形化的栅电极层的步骤中，栅电极层的薄膜沉积方法包括真空热物理沉积、电子束沉积、离子辅助沉积、溅射、喷墨打印或旋涂；金属电极的图形化采用光刻加刻蚀或者光刻加金属剥离工艺；聚合物电极的制备采用喷墨打印工艺。

上述方案中，所述在栅电极层上制备第一类栅介质层的步骤中，第一类栅介质层薄膜通过低压化学气相沉积、溅射、原子层沉积、电子束蒸发、离子辅助沉积或旋涂技术来制备。

上述方案中，所述在第一类栅介质层表面上制备图形化的源漏电极的步骤中，源漏电极层的薄膜沉积方法包括真空热物理沉积、电子束沉积、离子辅助沉积、溅射、喷墨打印或旋涂；金属电极的图形化采用光刻加刻蚀或者光刻加金属剥离工艺；聚合物电极的制备采用喷墨打印工艺。