[发明专利]一种以多元有机体异质结为电极缓冲层的光敏有机场效应管

说明书

本发明公开了一种以多元有机体异质结为电极缓冲层的光敏有机场效应管的设计与制备方法。多元有机体异质结为电极缓冲层的光敏场效应管包括衬底、栅极、栅介质、有机光敏层、多元有机体异质结电极缓冲层、源极和漏极。多元有机体异质结作为电极缓冲层可以减少接触电阻，降低光敏层和电极之间的功函数，并且增加光生激子离解效率，可以有效的提高有机光敏层载流子迁移率，增大光电流降低暗电流，提高器件性能，并且在无光照的条件下器件是绝缘的；有光照的条件下，其电导率会提高，会产生很大的光电流。栅介质、源极和漏极可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触或顶栅顶接触的结构。

技术领域

本发明属于有机半导体器件领域，特别涉及一种带有电极缓冲层的光敏有机场效应管。

背景技术

伴随着有机半导体材料和器件制备工艺的持续研究，有机半导体器件的性能不断提高。与光敏无机场效应管相比，光敏有机场效应管(photosensitive organic field-effect transistor，PhotOFET)具有光响应度高，可以大面积低成本生产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/漏电极和电极缓冲层组成。根据栅介质和源/漏电极相对位置不同，光敏有机场效应管可以采用顶栅顶接触、顶栅底接触。底栅顶接触、底栅底接触四种结构。

大部分有机半导体材料属于单载流子传输性，既它对一种载流子的迁移率远远大于对另一种载流子的迁移率。通常电子迁移率远远大于空穴迁移率的材料称为电子传输型材料简称n-型材料，反之称为p-型材料。在有机半导体中，电子在最低未占据轨道（lowestunoccupied molecular orbital）-(LUMO)上传输，而空穴在最高已占据轨道（highestoccupied molecular orbital）-(HOMO)上传输。一些LUMO能级较高的空穴传输型有机光敏材料分子，如酞菁铜，与一些LUMO能级较低的电子传输型有机材料分子，如C60接触时，在光照下会产生分子间的电子转移，既在光照下，p-型材料激子会把一个电子转移给与之相邻的n-型材料分子。释放电子的分子称为施体，而接受电子的分子称为受体。有机体异质结是一种施体分子和一种受体分子组成的均匀混合薄膜。正是由于施体和受体分子间的电荷转移，使得施体-受体体异质结具有很高的激子离解效率。文献报道的光敏有机场效应管的电极缓冲层有C60、并五苯、酞菁铅等材料。

本发明采用以多元体异质结作为电极缓冲层的光敏有机场效应管是未来有机器件中必不可少的。

发明内容

本发明提供了一种以多元体异质结为电极缓冲层的光敏有机场效应管的设计与制备方法。多元有机体异质结为电极缓冲层的光敏场效应管包括衬底、栅极、栅介质、有机光敏层、多元有机体异质结电极缓冲层、源极和漏极。多元有机体异质结在黑暗下电导率低，导致器件的源漏电极的接触电阻较高，从而暗电流很小；光照条件下多元有机体异质结电导率提高，导致器件的源漏电极的接触电阻较低从而使光电流增大。

本发明提供的制备上述的一种以多元有机异质结为电极缓冲层的光敏有机场效应管包括以下步骤：

对于采用底栅顶接触结构的器件,首先在栅介质制备有机光敏层，然后采用真空共蒸发（小分子）或溶液旋涂方法制备多元有机体异质结电极缓冲层，最后制备源/漏电极。如图1所示。

对于采用底栅底接触结构的器件,首先在栅介质上制备源/漏电极，然后在其上制备多元有机体异质结电极缓冲层，最后制备有机光敏层。如图2所示。

对于采用顶栅顶接触结构的器件,首先在衬底上制备有机光敏层，然后在其上制备多元有机体异质结电极缓冲层，再制备源/漏电极，最后制备栅介质和栅极。如图3所示。

对于采用顶栅底接触结构的器件,首先在衬底上制备源/漏电极，然后在其上制备多元有机体异质结电极缓冲层，再制备有机光敏层，最后制备栅介质和栅极。如图4所示。

本发明的技术分析：