[发明专利]一种双栅结构的光敏有机场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机薄膜器件领域，具体涉及一种双栅结构的光敏有机场效应晶体管。

背景技术

随着半导体技术的发展，目前以集成电路为核心的电子信息产业已经超过了传统的石油、钢 铁、汽车产业，成为全球第一大产业，带动各行各业的发展和经济的进步。根据摩尔定律， 集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 目前最新的集成电路制造工艺，晶体管的的特征尺寸已达到了14nm，但是随着集成电路的集 成度越来越高，特征尺寸也越来越小，也伴随着一些问题出现，如量子隧穿效应引起的电流 泄漏等，这些问题将限制传统无机半导体的发展，科学家也提出了改进器件结构，采用高介 电常数材料作为介质层来解决目前的问题，但是从长远来看要从根本上解决问题必须采用新 的材料和方法。自从人们发现掺杂的聚乙炔可以导电以来，用有机物代替传统无机半导体材 料成为研究的热门，随之兴起一门新的学科——有机电子学，有机物作为半导体材料比传统 的硅锗材料有更多优势，比如材料无数种，可用化学合成和修饰满足各种需要，最重要的是 有机材料具有柔性，可大面积制备，适合打印、印刷、旋涂等低成本生产工艺。与光敏无机 场效应管相比，光敏有机场效应管(photosenitiveorganicfield-effect transisitor，photOFET)具有光响应度高，可以大面积低成本制造以及制造过程环境友好等 优点。通常，光敏有机场效应管由衬底、栅极、栅介质、有机光敏层、源极和漏极组成。为 了获得更实际的应用，OTFTs的性能还需进一步的提高和改善。文章中以酞菁铅(PbPc)为有机 半导体材料，制备了双栅结构的有机光敏场效应晶体管。本文介绍了采用双栅结构制作的有机 光敏场效应体管，这种结构的器件具有两个栅极，对导电沟道有更好的控制，并在较低的操作 电压下获得了较大的输出电流，与单栅有机薄膜晶体管相比，场效应迁移率以及电流开关比更 高。有机光敏有机场效应晶体管以其成本低、柔性好、易加工等优点越来越受到人们的青睐， 目前已广泛应用于低端器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种双栅结构的光敏有机场效应晶体管及其制备方法。

本发明提供的一种双栅结构的光敏有机场效应晶体管，其结构如图1所示，包括包括顶 部栅电极(1)、顶栅绝缘层(2)、有机半导体层(3)、源电极(4)、漏电极(5)、底栅绝缘层(6)、 底部栅电极(7)。底栅绝缘层覆于底部栅电极之上，源电极和漏电极分别覆于底栅绝缘层的两 侧，中间部分形成沟道，有机半导体层覆于沟道及源电极、漏电极之上，顶栅绝缘层覆于有 机半导体层之上，顶部栅电极覆盖于顶栅绝缘层之上；在该晶体管中，构成底部栅电极和顶 部栅电极的材料为ITO，构成底栅绝缘层和顶栅绝缘层的材料为PVP，构成源电极和漏电极的 材料为金，构成有机半导体层的材料为酞菁铅；晶体管采用左右完全对称的结构，顶栅绝缘 层和底栅绝缘层厚度完全相同。

采用波长为780-980nm的近红外光照射时，输出电流明显增加。

分别施加顶部栅电极电压或底部栅电极电压，皆可控制晶体管的开启和关闭，同时向顶 部栅电极和底部栅电极施加电压，可增大有机场效应晶体管的载流子迁移率；所述的一种具 有双栅结构的光敏有机场效应晶体管具有三种工作模式：

1.当施加底部栅电极电压时沟道开启，有机场效应晶体管源电极和漏电极导通；

2.当施加顶部栅电极电压时沟道开启，有机场效应晶体管源电极和漏电极导通；

3.当同时施加顶部栅电极电压和底部栅电极电压时，有机场效应晶体管源电极和漏电极 输出电流相对上述两种工作模式增大；

本发明提供的制备上述双栅结构的光敏有机场效应晶体管的方法，包括如下步骤：

1)在清洗后的玻璃衬底上制备底部栅电极；

2)在所述步骤1)得到的底部栅电极之上制备底栅绝缘层；

3)在所述步骤2)得到的带有底栅绝缘层的衬底之上制备源电极和漏电极；

4)在所述步骤3)得到的基础之上制备有机半导体层；

5)在所述步骤4)得到的半导体层之上制备顶栅绝缘层；

6)在所述步骤5)得到的顶栅绝缘层之上制备顶部栅电极；