[发明专利]一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法

说明书

本发明公开了一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法。本发明将有机薄膜晶体管器件的有源层置于溶剂蒸汽环境中热退火处理，显著增加了有源层的表面粗糙度，从而提高器件载流子的迁移率，为提高OTFT器件载流子迁移率提供了一种新的后处理工艺。

技术领域

本发明属于有机薄膜晶体管器件领域，具体涉及一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法。

背景技术

有机薄膜晶体管的载流子迁移率与有机半导体薄膜的形貌密切相关。对于有机半导体材料形貌，一般有无定型，多晶，单晶及纳米线晶体。有机半导体内分子的π-π堆积使载流子在聚合物或小分子内离域。对于长程有序的材料(比如单晶或多晶)，分子间离域的距离比较长，结晶度低或无定型材料离域长度较短，因为后者在晶界处载流子是高度定域的，需要通过热激活从一个分子跳跃到另一个分子。这就需要有机材料高度的结晶才能获得高的载流子迁移率。要获得高度结晶的有机半导体薄膜主要有两种工艺，一种是薄膜沉积过程中晶化处理，另一种是薄膜沉积后晶化处理。后者也叫后退火处理，主要方法是通过热退火处理、真空退火处理、气体退火处理以及溶剂蒸气退火处理(solvent vapor annealing,SVA)。

溶剂蒸气退火处理的主要作用是能够促使有机材料分子的重新排列，薄膜的产生结晶或相分离，改变有机薄膜表面形貌，进而影响载流子在有机薄膜内的传输特性，提高器件的性能。溶剂蒸气退火处理是一个复杂的过程，其结果依赖于溶剂分子、有机分子以及衬底之间的相互作用。一方面，当溶剂分子与有机分子的相互作用较强时，有机分子的分子链会松弛发生重排。另一方面，如果溶剂分子与有机分子的相互作用较弱时，溶剂蒸气退火处理对有机分子的重新排列作用就较弱。De Luca等人报道了采用不同溶剂蒸气热处理有机聚合物薄膜，研究了溶剂分子极性和溶解性对聚合物薄膜分子排列的影响。

在有机共轭聚合物体系中，Sirringhaus首先报道了溶剂干燥时间对共轭聚合物结晶性的影响，在poly(3-hexylthiophene)(P3HT)溶液中加入高沸点的 1,2,5-trichlorobenzene(TCB)溶剂，得到的OTFT器件载流子迁移率为0.12 cm²V^-1s^-1，这是由于在P3HT溶液中加入高沸点的1,2,4-三氯苯 (1,2,4-trichlorobenzene)旋涂成膜后，具有较好的结晶性。但是不同溶剂不同温度对结晶的效果也大有不同，对于OTFT器件载流子迁移率的影响也不同。如何进一步提高OTFT器件薄膜结晶性和载流子迁移率有待研究。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法。

本发明从有机半导体材料在溶剂中的溶解性出发，研究发现不同溶剂蒸气退火处理对OTFT器件载流子迁移率的影响不同，其中溶剂为甲醇、二甲苯、氯苯。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法，包括以下步骤：

先在衬底上制备源漏电极，然后通过旋涂方法制备有源层，将有源层置于溶剂蒸汽环境中80～200℃热退火处理0.5～3小时，在处理后的有源层上依次制备绝缘层和栅极。

所述有机薄膜晶体管器件的结构自下而上依次为衬底、源漏电极、有源层、绝缘层和栅极。

优选地，所述有源层材料为有机半导体材料poly[4-(4,4-dihexadecyl

-4Hcyclopenta[1,2-b:5,4-b′]dithiophen-2-yl)-alt-[1,2,5]thiadiazolo-[3,4-c]pyridine] (PCDTPT)，其厚度为40～150nm。

优选地，所述溶剂为甲醇、二甲苯和氯苯中的至少一种。