[发明专利]透明有机聚合物绝缘层及其制备方法与在有机场效应晶体管中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机场效应晶体管领域，特别涉及一种透明有机聚合物绝缘层及其制备方法与在有机场效应晶体管中的应用。

背景技术

自从上世纪80年代有机场效应晶体管(OFET)发明以来(Tsumura，A.；Koezuka，H.；Ando，T.Appl.Phys.Lett.1986，49，1210)，有机场效应晶体管由于其在在低成本、柔性的有源矩阵显示、射频商标、电子纸、传感器等诸多方面有广阔的应用前景受到了广泛关注并取得了很大进展。基于多种有机半导体材料的OFET器件性能已经超过1cm2/V.s(Gundlach，D.J.；Royer，J.E.；Park，S.K.；Subramanian，S.；Jurchescu，O.D.；Hamadani，B.H.；Moad，A.J.；Kline，R.J.；Teague，L.C.；Kirillov，O.；Richter，C.A.；Kushmerick，J.G.；Richter，L.J.；Parkin，S.R.；Jackson，T.N.；Anthony，J.E.Nat.Mater.2008，7，216.)，这些性能已经达到或超过了无定形硅水平，使得OFET走向了可实用新阶段。

相对于一般的无机场效应晶体管，柔性设计一直是OFET研究中的重要课题.人们报道了各种替代二氧化硅的有机绝缘层薄膜.例如：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(Byun，H.S.；Xu，Y.-X.；Song，C.K.Thin Solid Films.2005，493，278.)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(Angelis，F.D.；Cipolloni，S.；Mariucci，L.；Fortunato，G.Appl.Phys.Lett.2005，86，203505.)、聚苯乙烯(PS)(Yoon，M.-H.；Yan，H.；Facchetti，A.；Marks，T.J.J.Am.Chem.Soc.2005，127，10388.)poly(perfluorobutenylvinylether)(CYTOP)(Umeda，T.；Kumaki，D.；Tokito，S.Org.Electro.2008，9，545.)、聚丙烯酸(PAA)(Lim，S.H.；Kim，J.；Lee，S.-g.；Kim，Y.S.Chem.Commun.2010，46，3961.)等有机绝缘层已被广泛的研究.另外，有机无机共混绝缘层、有机混合绝缘层(Jeong，S.；Kim D.；Lee，S.；Park，B.-K.；Moon，J.Appl.Phys.Lett.2006，89，092101.)也已用于OFET研究中。但是有机绝缘层仍存在着一些缺点：抗溶剂能力差，不能用于溶液法过程的器件制备；高的处理温度，不适合低成本制备工艺；较高的漏电流等.

绝缘层是有机场效应晶体管的重要组成部分，它很大程度上决定有机场效应晶体管的性能和操作电压。决定器件性能的绝缘层的因素主要包括以下两种：1：决定有机半导体薄膜形貌的性质，如：介电层的表面能，介电层的粗糙度，这些因素直接决定了有机半导体薄膜的聚集态性质和有机半导体层的晶界密度，从而会很大程度上影响载流子的传输和器件性能。2：决定有机半导体层和绝缘层界面缺陷密度的因素，如绝缘层的界面的官能团。这些对电子的传输尤为重要，因为电子更容易被缺陷俘获。3：绝缘层的介电性能，即影响绝缘层电容的因素，如绝缘层的介电常数和厚度。这些会直接决定有机场效应晶体管的操作电压。

发明内容

本发明的目的是提供一种透明有机聚合物绝缘层及其制备方法与在有机场效应晶体管中的应用。

本发明提供的制备有机绝缘层的方法，包括如下步骤：在衬底或有栅电极层的衬底上制备一层聚合物层后进行热处理，冷却后在所述衬底或所述栅电极层上得到所述有机绝缘层。

上述方法中，构成所述栅电极层的材料的电阻率为10⁴-10⁶Scm^-1；构成所述栅电极层的材料为金、银、铝、铜或氧化铟锡，优选氧化铟锡；所述栅电极层的厚度为20纳米至2毫米，优选150纳米；构成所述衬底的材料为玻璃、陶瓷或硅片；所述聚合物层的厚度为300-500纳米，优选400纳米；所述热处理步骤中，温度为120-150℃，优选120℃，时间为0.5-2小时，优选1小时，真空度为小于10帕。冷却步骤中可直接由热处理温度冷却至室温，各种冷却速率均适用于该方法。