[发明专利]一种通过快速退火提高有机场效应晶体管迁移率的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体行业有机场效应晶体管技术领域，具体涉及一种提高有机场效应晶体管迁移率的实现方法。

背景技术

有机场效应晶体管作为电子电路中的基本元器件，因其半导体层材料具有来源广泛、轻柔、加工工艺简单的特点，并可应用于大面积印刷工艺，非常适合下一代柔性电子产业的发展。近年来，有机场效应晶体管已取得了快速的发展，其中基于红荧烯的单晶场效应晶体管迁移率达到了15cm²/Vs，已经超过了无定形硅。

在有机场效应晶体管中，导电沟道位于有机半导体层内靠近栅绝缘层的亚纳米尺度范围内。因为栅绝缘层表面的形貌、粗糙度以及表面能这些因素，极大地影响着有机半导体导电沟道的质量。通常，粗糙度小(<1nm)、表面能匹配的栅绝缘层界面有利于有机半导体的有序堆积和高结晶度，进而提高迁移率、加速晶体管的开关速度。目前，可通过对栅绝缘层进行表面修饰的方式，来降低表面粗糙度、增加表面能匹配。修饰层材料包括聚合物及自组装单层材料，已经研究报道的修饰方式包括高k/低k介电材料匹配(IEEE Electron Device Lett.2015，36，950-2)，聚合物分子量调控(Adv.Mater.2011，23，1009-14)，诱导垂直相分离(Org.Electron.2015，21，111-6)等。对于聚合物修饰层材料，其本身具有高分子特有的超分子作用力、自组装及拓扑结构等分子化学特征。然而迄今为止，从高分子构象变化角度对聚合物修饰层表面进行界面性质调控的研究寥寥无几。

发明内容

为解决通过调节聚合物修饰层分子构象进而调控界面性质、提高有机场效应晶体管迁移率的问题，本发明提出一种对聚合物修饰层执行快速退火的方法。其在现有材料的基础上不增加工艺、技术难度，提供一种简单操作的手段提高聚合物修饰层的表面能均匀性，来增强有机半导体层和聚合物修饰层之间的表面能匹配，增强有机半导体层薄膜的结晶性，提高晶体管的迁移率，具有极强的普适性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是一种通过快速退火提高有机场效应晶体管迁移率的方法，包括以下具体步骤：

(1)、制备具有聚合物修饰层的栅绝缘基片；

(2)、对所述栅绝缘基片进行快速退火操作；

(3)、在聚合物修饰层上蒸镀有机半导体层及源漏电极，制备有机场效应晶体管；

(4)、测试所述晶体管的转移特性曲线，提取对应的迁移率，并计算平均迁移率。

进一步，上述聚合物修饰层选自侧链含有苯环基团的高分子材料。

上述栅绝缘基片包括衬底、栅电极和栅绝缘层。

上述步骤2中，所述快速退火操作是在氮气手套箱中进行，修饰后的基片置于热台上6～12h后，快速取下并置于室温，热台的温度低于聚合物材料的玻璃化转化温度。

步骤4中，所述的迁移率提取自转移特性曲线的饱和区。

上述迁移率的平均迁移率为若干个单元器件迁移率的平均值。作为优选，所述若干个至少为3个。

本发明还提出一种根据上述通过快速退火提高有机场效应晶体管迁移率的方法制备的有机场效应晶体管，所述的有机场效应晶体管，从下至上包括衬底、栅电极、栅绝缘层、聚合物修饰层、有机半导体层、源漏电极；

所述衬底的材料选自为高掺杂硅片、玻璃片或塑料PET；

所述栅电极采用的材料选自高掺杂硅、铝、铜、银、金、钛或钽；

所述栅绝缘层采用的材料选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、五氧化二钽，所述栅绝缘层的薄膜厚度为50～300nm；

所述聚合物修饰层的薄膜厚度为10～30nm；

所述有机半导体层采用的材料选自并五苯、并四苯、钛青铜、氟化钛青铜或红荧烯；

所述有机半导体层采用热真空蒸镀法成膜，其厚度为40～60nm；

所述源漏电极材料选自具有低电阻的金属材料金、银、铝、铜及合金材料、金属氧化物材料；

所述源漏电极的制备方法为磁控溅射法、喷墨打印法或真空蒸镀法，其厚度为60～100nm。

本发明还提供了上述有机场效应晶体管的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)配置聚合物溶液，其浓度为2～5mg/ml；

(2)选择合适的衬底材料作为基片，并在衬底上形成栅电极和栅绝缘层，栅绝缘层薄膜的厚度为50～300nm，清洗干净基片后烘干；

(3)将烘干后的洁净基片使用紫外臭氧处理3～5min；