[发明专利]一种有机薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型有机薄膜晶体管，其使用的是一类新型的有机稠环芳烃衍生物作为有机半导体，该类有机半导体材料具有大共轭体系和很好的光敏特性，在集成电路、光敏和存储有机光电子领域有重要应用前景。

背景技术

有机薄膜晶体管是重要的有机半导体器件之一，其研究工作进展迅速并引起了人们的广泛关注。在有机半导体材料晶体管出现以前，晶体管主要是由硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs、氮化镓GaN等为代表的半导体材料制备，已经广泛应用于电子元件、高密度信息存储、光电器件等领域。随着人们对有机半导体材料认识的逐步深入，一批具有类似无机半导体特性的有机功能材料被开发出来了，并且正尝试应用于传统半导体材料的领域。目前利用有机晶体管已经应用于环形振荡器的逻辑门、有机显示器的有源驱动电路、有机传感器、存储器、电子书或电子纸领域等等。有机半导体材料的出现，极大地丰富了人们的视野，激发了广泛的研究兴趣，已经成为当今的研究热点之一。

有机半导体材料与传统的无机半导体材料相比有一定的相似性，它们在电导率、载流子迁移率和能隙等方面存在着较多的类似点，应用领域也有一定的相似性。但是有机半导体材料又具有许多不同于无机半导体材料的新特点，有机半导体可选范围广泛、制备工艺简单、成本低廉，并且可以制备柔性器件，这都给有机半导体材料的发展提供了美好的前景和广阔的空间

通常晶体管包括双极晶体管和场效应晶体管。所谓场效应是指半导体材料的导电能力随着电场的变化而变化。场效应晶体管工作过程和电子管十分相似，是电压控制器件，就是通过改变电场来控制固体材料导电能力的有源器件。在电子领域中有着广泛的应用，是微处理器和半导体储存器等超大规模集成电路中最重要的器件之一。

随着有机半导体材料的发现和发展，人们开始尝试利用有机物替代无机材料充当载流子传输层，而利用有机材料充当载流子传输层的薄膜场效应晶体管也就被称为有机薄膜场效应晶体管（organic thin-film field-effect transistor，OTFFET）。也称有机薄膜晶体管（organic thin-film transistor，OTFT）或者有机场效应晶体管（organic field-effect transistor，OFET），在本论文中，为方便起见，我们统一称为有机薄膜晶体管。

虽然有机半导体材料的种类不断得到丰富，但是材料的选择范围很是很小的，基本上集中于并五苯和寡聚噻吩及其衍生物上，除此以外酞菁及其衍生物也略有涉及但是要少很多。

一方面载流子迁移率很难再有大幅度提高，另一方面这些种材料具有合成困难，价格昂贵、稳定性较差等缺点。而且只选择这些材料大大的缩小了有机半导体材料的选择范围。新的有机半导体需要被尝试。更多的有机材料应该被用于有机薄膜晶体管的领域当中，不断的拓宽有机薄膜晶体管的选材范围，进而提高其性能。因而在本专利中研究了新的材料，一类有机稠环芳烃衍生物材料作为新的半导体层，并制备了器件。通过对器件中有机半导体材料层的厚度、蒸发和旋涂速率、金属电极金Au电极的厚度参数等的不断调整以及采用退火等操作流程，大大优化了器件的性能，使得器件的载流子迁移率从10^-5cm²/Vs达到了0.9cm²/Vs，开关电流比从20～30提高到了10⁴～10⁵。

场效应晶体管有着较好的工作速率，较低的能耗功率，封装也比较容易实现大规模制作，因此它们在存储器、便携式电子计算机、自动化电子设备、数据传送设备、随机逻辑系统中可以有广泛的应用。

相对于无机的场效应晶体管，有机薄膜晶体管有着如下的优点：

有机薄膜技术更多、更新、更薄，使得器件的尺寸能够更小，集成度更高，使得应用有机薄膜晶体管的电子元器件可以达到更高的运算速度和更小的操作功率。利用有机薄膜大规模制备技术，可以制备大面积的器件。

有机材料的合成相对于无机材料容易，有机分子选材广泛，而且通过对有机分子结构进行适当的修饰，可以得到不同性能的材料，因此通过尝试新的材料以及对有机半导体材料进行改性就能够使有机薄膜晶体管的电学性能达到理想的结果。

有机薄膜晶体管的上述特点决定了它有着非常广阔的应用前途，因此人们在对有机薄膜晶体管器件制备工艺和机理进行研究的同时，对相关的应用研究也投入了很大的精力。现在已经被应用于有机存储器件、有机集成电路、有机有源点阵显示器的驱动、有机气体/离子传感器等众多的领域。

发明内容：