[发明专利]一种有机薄膜场效应晶体管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体场效应晶体管器件的制备方法，尤其涉及有机薄膜场效应晶体管的制备方法及一种有机半导体分子与高分子聚合物的混合溶液。

背景技术

有机场效应晶体管由于在柔性显示，有机集成电路，电子识别等方面具有潜在用途引起了人们广泛的研究兴趣。近年来，有机场效应晶体管不论在新型稳定的有机半导体材料设计合成及器件制备等方面均取得了长足的发展。

众所周知，决定有机场效应晶体管性能的主要因素是有源层薄膜的结构和形貌。目前，制备OFET有源层薄膜的工艺主要为真空镀膜、光刻、电子束刻蚀等工艺，但使用这些方法制备的器件都是在硅片基底上的，显然这些技术并没有带来有机电子器件的潜在优点，如制造成本低，及实现柔性化等。溶液法由于其具有操作简单，反应温度低等优点备受研究者关注。为此，人们开始探索溶液法来制备有源层薄膜，通常用于制备有源层薄膜的溶液法主要包括旋涂、LB膜和印刷方式。旋涂和LB成膜具有成本低，操作简单，同时可以大面积生产等优点，但是对薄膜的厚度难以控制，同时分子排列无序，容易混入杂质成为制约旋涂和LB成膜工艺发展的缺点。而印刷法具有可实现器件图案化，与柔性衬底兼容等优势，近年来广大研究者正在努力探索将喷墨打印、气溶胶打印等印刷技术应用于OFET的制备。但使用印刷成膜存在的缺点是，对墨水的粘度、表面张力等物理化学性质要求极为苛刻，同时印刷设备本身的成本高，并没有实现真正意义上的低成本生产。此外，无论是旋涂成膜、LB成膜还是印刷成膜，这些方法使用的溶剂及基底对膜的质量影响极为敏感，例如，挥发速率，基底的表面能等对共混膜的结晶性及两相混合物的相分离将产生很大影响，进而影响器件的性能。有的甚至还需要价格昂贵的印刷设备，难以实现低成本、大面积生产。因此，开发一种低成本，同时能更好的改善有源层膜的制备方法来获得高性能的场效应晶体管显得尤为迫切。

发明内容

为了技术领域上的需要，本发明提供了一种制备有机薄膜场效应晶体管的方法，包括：

将高分子聚合物与有机半导体分子溶解到有机溶剂中，制备高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液；以及，

通过电纺丝设备利用该混合溶液制备有机薄膜场效应晶体管的有源层，形成有机半导体纳米纤维膜。

其中，所述场效应晶体管为底栅-顶接触、底栅-底接触、顶栅-顶接触、顶栅-顶接触的结构中的一种。

其中，制备混合溶液的方法为将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液在20～100℃的条件下搅拌1～48h，使其完全溶解混合，再冷却至室温。

其中，通过电纺丝设备制备有源层的方法包括：

将高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液放置到电纺丝设备的喷丝管中；

将待沉积有源层的表面作为接受板接地；

通过电纺丝设备给高分子聚合物与有机半导体分子的混合溶液加上10⁴～10⁵V电压制备有机半导体纳米纤维膜；

挥发有机溶剂，形成有源层。

其中，有机半导体分子与高分子聚合物的摩尔比为0.1～10。

其中，采用红外灯加热技术挥发有机溶剂。

其中，所述喷丝管的管头内径为0.5～5mm，喷丝管到接受板的距离为5～30cm。

其中，所述高分子聚合物包括聚丙烯腈，聚丙烯酸，聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

其中，所述有机半导体分子包括有机小分子化合物或有机半导体聚合物中的至少一种。

其中，有机小分子化合物为稠环芳香族有机半导体化合物，包括并苯类、金属酞菁类、苝、苝酰亚胺衍生物、苝酐类，四氟基对苯鲲二甲烷金属类、富勒烯及或其它的具有平面分子构成的有机半导体化合物中的至少一种。

其中，有机半导体聚合物包括聚3基噻吩系列、聚噻吩系列中的至少一种。

其中，在衬底上制备源、漏电极的方法包括气溶胶印刷法、喷墨印刷法，磁控溅射，光刻或真空蒸镀沉积法之一的方法。

其中，所述衬底为玻璃、陶瓷、硅、塑料中的至少一种。

其中，源、漏电极的材质是金、银、铜、PEDOT:PSS聚合物材料中之一。

本发明公开了一种制备有机薄膜场效应晶体管的方法，通过电纺丝技术实现低成本、大规模纳米尺度高效有机薄膜场效应晶体管的大规模制作。同时，该制备方法要求的环境很宽松，不需要在手套箱等无水无氧环境下实施，简化了工艺，且制得的有机电子器件具有很强的抗水氧能力，很好的改善了有源层膜的制备方法来获得高性能的场效应晶体管。

附图说明