[发明专利]一种有机单晶场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机场效应晶体管领域，具体涉及一种有机单晶场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

有机半导体界面工程，主要研究有机电子器件各界面层的修饰工艺以及形貌对器件性能的优化和提升。在这其中，电极/有机半导体界面作为器件必不可少的组成部分，关于它的研究主要集中在电荷载流子从源漏电极注入到有机半导体的传输过程。这对于优化载流子在该界面层的注入效率以及进一步提升器件性能有着重要的意义。目前为止，一般较常规的电极/有机半导体界面层的修饰方法有：加入金属氧化物薄层(如MoO₃,WO₃和V₂O₅等)，氧等离子，紫外臭氧和自组装单分子层(SAMs)等。但是这些方法有着操作复杂和技术成本较高等缺点，限制了进一步的应用。因而找到一种简单、便捷、可行和低成本的界面修饰方法，将能极大地推动有机电子学工艺的发展以及加快其应用的步伐。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机单晶场效应晶体管及其制备方法。

本发明所提供的有机单晶场效应晶体管，自下而上依次包括：衬底(含栅电极)、设于所述衬底上的有机半导体，以及垂直设于所述有机半导体之上的源电极和漏电极。

上述有机单晶场效应晶体管的结构中，所述衬底为覆盖有SiO₂的Si衬底(其中Si作为栅电极)，具体可为覆盖有SiO₂的重掺杂的Si衬底，如市售的n型重掺杂的SiO₂/Si衬底(商品名氧化/腐蚀单晶硅，购自北京大学微电子工艺实验室)，所述覆盖有SiO₂的Si衬底的厚度为1-2mm，所述覆盖有SiO₂的Si衬底中，Si材料用作所述有机单晶场效应晶体管的栅电极，SiO₂材料用作所述有机单晶场效应晶体管的绝缘材料，所述Si材料的厚度为1-2mm，所述SiO₂材料的厚度为300-500nm。

所述有机半导体是单晶形式。所述单晶的形成方式主要采用溶液滴注法。

所述有机半导体采用有机芳香共轭小分子材料，所述有机芳香共轭小分子材料具体可为9,10-二(苯乙炔基)蒽(BEPA)。

所述有机半导体具体可由9,10-二(苯乙炔基)蒽(BEPA)单晶构成，所述9,10-二(苯乙炔基)蒽(BEPA)单晶的直径为100-500nm，长度为10-40μm。

所述源电极和漏电极均由金属电荷转移复合物制成。

所述金属电荷转移复合物为Cu-TCNQ(铜-7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷配合物)。

所述源电极和漏电极分别由单根的Cu-TCNQ一维纳米结构构成。

所述Cu-TCNQ一维结构的直径为100-300nm，长度为10-20μm。

上述有机单晶场效应晶体管是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

1)Cu-TCNQ一维纳米结构的制备：

将基片进行清洗，将所述基片静置在含7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCNQ)和氯化铜的乙腈溶液中，将得到的载有Cu-TCNQ的基片取出，然后烘干，在所述基片上得到Cu-TCNQ一维纳米结构；

2)对衬底进行清洗；

3)在所述衬底上制备所述有机半导体；

4)将两根所述Cu-TCNQ一维纳米结构垂直放置于所述有机半导体上，即完成有机单晶场效应晶体管的制作。

上述方法步骤1)中，所述基片具体可为Zn片，所述基片清洗所用的清洗剂依次为去离子水、丙酮和异丙醇。所述含7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCNQ)和氯化铜的乙腈溶液中，7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCNQ)的摩尔浓度为0.1-2mM，氯化铜的摩尔浓度为0.2-4mM，所述静置的时间为0.5-2小时，所述烘干的温度为70-90℃，所述烘干的时间为0.5-1小时。所得Cu-TCNQ一维纳米结构的直径为100-300nm，长度为10-20μm。

上述方法步骤2)中，所述衬底为覆盖有SiO₂的Si衬底，所述覆盖有SiO₂的Si衬底的厚度为1-2mm，其中，Si材料(栅电极)的厚度为1-2mm，SiO₂材料(绝缘层)的厚度为300-500nm。

所述对衬底进行清洗的具体操作如下：将所述衬底依次用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗，然后用氮气吹干。