多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極及其制備方法與在有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了柔性平面內(nèi)嵌迭片電極及其制備方法與在有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。包括如下步驟：在襯底的表面連接十八烷基三氯硅烷；在經(jīng)修飾之后的襯底上制備源電極、漏電極和柵電極；并在源電極、漏電極和柵電極的金屬電極表面利用氣相法連接巰丙基三甲氧基硅烷；在得到的源電極、漏電極和柵電極的金屬電極表面分別旋涂聚二甲基硅氧烷；將旋涂有聚二甲基硅氧烷的柵電極從襯底上轉(zhuǎn)移；將柵電極的金屬電極表面、源電極和漏電極的聚二甲基硅氧烷表面分別進(jìn)行氧等離子體處理，在表面形成羥基；剪裁源電極和漏電極；將柵電極、源電極和漏電極連接形成一整體即得。本發(fā)明由于半導(dǎo)體和電極和絕緣層之間是通過靜電吸附的作用結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)電極的重復(fù)利用，適用于各種尺寸的有機(jī)單晶。
【專利說明】多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極及其制備方法與在有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極及其制備方法與在有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用，屬于有機(jī)電子領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]自1986年第一個(gè)有機(jī)場效應(yīng)晶體管發(fā)明以來(Applied PhysicsLettersl986, 49，1210)，因其制備工藝簡單，材料來源廣泛，成本低以及與柔性襯底兼容性好等特點(diǎn)(Nature2004, 428, 911 ；Advanced Materials2005, 17, 1705 ；Journal ofMaterials Chemistry2005, 15, 53 ；Advanced Materials2005, 17, 2411)，使得基于有機(jī)半導(dǎo)體材料制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管備受研究者的重視并得到了快速的發(fā)展。根據(jù)有機(jī)半導(dǎo)體層的形態(tài)不同，可以把有機(jī)場效應(yīng)晶體管分為有機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管和有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。與有機(jī)薄膜相比，有機(jī)單晶中不存在晶界，并且有機(jī)單晶中分子的有序性使其具有很好的軌道重疊，電荷陷阱密度被減至最低。因此有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管一方面是作為研究有機(jī)半導(dǎo)體的本征傳輸?shù)闹匾ぞ?，另一方面也是最大程度提高器件遷移率的有效方法(Advanced Materialsl998，10，365)。然而如何制備有有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管也是目前研究的熱點(diǎn)。如果利用傳統(tǒng)的方法，真空掩膜沉積法，直接在有機(jī)半導(dǎo)體上構(gòu)筑電極，制備場效應(yīng)晶體管，會(huì)使有機(jī)半導(dǎo)體受到熱輻射損傷等，嚴(yán)重的會(huì)使有機(jī)半導(dǎo)體失去場效應(yīng)性能(Advanced Materials2008, 20, 2947 ；AdvancedMaterials2008，20，1511)。為了克服真空掩膜沉積法所帶來的缺點(diǎn)，就需要發(fā)明新的制備有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的方法。目前有幾個(gè)研究組已經(jīng)在這方面已經(jīng)做了一些工作。例如胡文平課題組發(fā)明了“貼金膜” (Advanced Materials2008, 20, 1511 !AppliedPhysics Letters2008, 92, 083309 ；Advanced Materials2008, 20, 2947 ；Applied PhysicsLetters2009, 94, 203304)和“納米帶電極” (Advanced Materials2009, 21, 4234 ；AppliedPhysics Letters2014, 104,073112)的兩種方法有機(jī)制備場效應(yīng)晶體管，這種兩種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在室溫下操作，有效的避免熱輻射對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體的損傷。但是這種方法的缺點(diǎn)是需要利用探針臺(tái)操作，要求精細(xì)操作；適合制備單一器件，器件集成度較低；底柵頂接觸的器件構(gòu)型，適合有機(jī)微/納晶體，不適合較大(>100微米)的晶體，限制了晶體的使用尺寸。為了解決集成度低等問題，Sundar課題組發(fā)明了彈性晶體管印章的方法，利用這種方法制備了可重復(fù)利、對(duì)晶體無損傷的底柵底接觸紅熒烯場效應(yīng)晶體管，并研究了紅熒烯晶體的各向異性(Science，2004303，1644)。鮑哲南課題組利用在彈性絕緣層上光刻或真空蒸鍍電極的方法制備了底柵底接觸的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管(Applied Physics Letters2006,89，202108 Advanced Materials2006, 18，2320)。這種兩種方法都采用了底柵底接觸的器件構(gòu)型，把制備源/漏/柵電極和絕緣層與半導(dǎo)體分開，也就是先制備好源/漏/柵電極和絕緣層，然后把半導(dǎo)體通過靜電吸附的作用直接放在電極和絕緣層上面。上述兩種方法一方面有效的避免了熱輻射對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體的損傷，另一方面也提高了器件的集成度，可以實(shí)現(xiàn)一次制備多個(gè)器件。Sundar課題組發(fā)明的彈性晶體管印章的方法具有實(shí)現(xiàn)電極重復(fù)利用，方法簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是這兩種方法都有一個(gè)缺點(diǎn)，它們制備出的電極結(jié)構(gòu)如圖1所示，源/漏電極凸出于絕緣層表面。這種結(jié)構(gòu)更適合較大尺寸晶體和較寬的溝道長度，同樣限制了晶體使用尺寸和器件小型化。因?yàn)楫?dāng)把有機(jī)微/納半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到這種結(jié)構(gòu)電極上時(shí)，如圖2所示，由于這種電極凸出的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致有機(jī)半導(dǎo)體并不能完全與絕緣層貼合，并且很容易在電極附近形成空氣間隙。這樣就會(huì)導(dǎo)致器件的導(dǎo)電溝道不均勻，影響器件的性能。因此需要提供一種新的制備有機(jī)單晶場效應(yīng)管晶體管的方法，這種方法需要既可以實(shí)現(xiàn)避免溶液熱輻射對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體的損傷，又可以實(shí)現(xiàn)制備方法簡單、高性能、高集成度、可重復(fù)利用和適用于各種尺寸的有機(jī)單晶。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極及其制備方法與在有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用，本發(fā)明提供的方法可在室溫下操作，進(jìn)而避免了溶液和輻射對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體的污染和損傷；本發(fā)明提供的電極結(jié)構(gòu)是平面內(nèi)嵌電極，即電極與絕緣層在同一平面，保證有機(jī)半導(dǎo)體與電極和絕緣層完全貼合，以獲得高性能器件；且集成度高，可以制備復(fù)雜圖案；可重復(fù)利用；適用于各種尺寸的有機(jī)單晶。
[0004]本發(fā)明所提供的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極的制備方法，包括如下步驟:
[0005](I)在襯底的表面連接十八烷基三氯硅烷；
[0006](2)在經(jīng)步驟(I)之后的襯底上，利用光刻的方法分別制備源電極、漏電極和柵電極；并在所述源電極、所述漏電極和所述柵電極的金屬電極表面利用氣相法連接巰丙基三甲氧基娃燒;
[0007](3)在步驟(2)的得到的所述源電極、所述漏電極和所述柵電極的金屬電極表面分別旋涂聚二甲基硅氧烷，并進(jìn)行固化；
[0008](4)將旋涂有聚二甲基硅氧烷的所述柵電極從所述襯底上進(jìn)行轉(zhuǎn)移；將所述柵電極的金屬電極表面、所述源電極和所述漏電極的聚二甲基硅氧烷表面分別進(jìn)行氧等離子體處理，即在表面形成羥基；
[0009](5)剪裁所述源電極和所述漏電極；將所述柵電極的金屬電極表面、所述源電極和所述漏電極的聚二甲基硅氧烷表面進(jìn)行對(duì)正(利用對(duì)正坐標(biāo)圖案在顯微鏡下，進(jìn)行面的連接)，并放入烘箱中加熱，則將所述柵電極、所述源電極和所述漏電極連接形成一整體，即得到所述多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極。
[0010]上述的制備方法中，步驟(I)中，連接十八烷基三氯硅烷的步驟如下:
[0011]將清洗后的所述襯底靜置于濃硫酸與過氧化氫體積比為7:3的混合溶液中；然后清洗所述襯底，再將所述襯底置于正庚烷與十八烷基三氯硅烷體積比為1000:1的混合溶液中，即在所述襯底表面連接上所述十八烷基三氯硅烷；
[0012]所述襯底可為硅或玻璃。
[0013]上述的制備方法中，對(duì)正時(shí)，是將所述柵電極的金屬電極表面貼附在所述源電極和所述漏電極的聚二甲基硅氧烷表面上。
[0014]上述的制備方法中，步驟(2)中，所述光刻的方法的條件如下:
[0015]在所述襯底上旋涂光刻膠，經(jīng)加熱后置于365nm下的紫外燈下進(jìn)行曝光，然后依次經(jīng)顯影和定影后，進(jìn)行蒸鍍金屬；
[0016]具體可按照如下步驟進(jìn)行:
[0017]在所述襯底上旋涂一層AZ5214光刻膠；然后把旋涂好光刻膠的襯底放在100度的烘臺(tái)上加熱3min ;再把加熱后旋有光刻膠的襯底在365nm的紫外燈下曝光20s ;再把曝光之后的襯底放入顯影液中顯影60s ;去離子水定影為30s ;在光刻圖案后的襯底上利用真空熱蒸發(fā)的方法蒸鍍25nm的金屬；最后利用去膠液去除光刻膠，形成圖案化的金屬；
[0018]利用真空氣相法在金屬電極表面連接所述巰丙基三甲氧基硅烷，該步驟的目的是使聚二甲基硅氧烷(PDMS)與金屬之間有很好的連接，利于金屬電極從襯底表面轉(zhuǎn)移下來。具體方法是把所述源、漏、柵電極和30 μ m巰丙基三甲氧基硅烷同時(shí)放入真空系統(tǒng)中，保持7000pa壓強(qiáng)20min,最終在電極表面形成一層巰丙基三甲氧基娃燒；
[0019]上述的制備方法中，步驟(3)中，所述柵電極上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度可為50?500 μ m ；
[0020]所述源電極和所述漏電極上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度均可為0.8?5 μ m ；
[0021]所述固化的溫度可為70°C?100°C，所述固化的時(shí)間可為12?2小時(shí)。
[0022]上述的制備方法中，步驟(4)中，所述氧等離子體處理的時(shí)間可為1s?60s。
[0023]上述的制備方法中，步驟(5)中，所述加熱的溫度可為70°C?100°C，所述加熱的時(shí)間可為10?30min。
[0024]本發(fā)明還提供了一種利用上述方法制備得到的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極。
[0025]本發(fā)明提供的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極可用于制備有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管。
[0026]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明制備方法制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極，電極電極結(jié)構(gòu)是電極與絕緣層處在同一平面的內(nèi)嵌電極并且是柔性的，且使電極、絕緣層與有機(jī)晶體形成完全接觸，可以制備高性能的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管；本發(fā)明提供的制備方法，可以室溫下操作，有機(jī)半導(dǎo)體沒有受到輻射、顯影液、去膠液的損傷；其使用高精度的光刻法技術(shù)制備電極，可以制備精度高，復(fù)雜的圖案，實(shí)現(xiàn)高集成度，方便實(shí)用；因?yàn)镻DMS和金屬本身的柔性就很好，所以形成的電極，絕緣層和襯底都是柔性的，實(shí)現(xiàn)全柔性器件的制備的；由于半導(dǎo)體和電極和絕緣層之間是通過靜電吸附的作用結(jié)合在一起的，可以實(shí)現(xiàn)電極的重復(fù)利用；這種柔性平面內(nèi)嵌迭片電極適用于各種尺寸的有機(jī)單晶。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是現(xiàn)有的底柵底接觸電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖2是現(xiàn)有的有機(jī)微/納單晶半導(dǎo)體與傳統(tǒng)底柵底接觸電極接觸示意圖。
[0030]圖3本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖4是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖(圖4(a))和顯微鏡圖(圖4(b))。
[0032]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極(PDMS絕緣層厚度:Iym)應(yīng)用到酞菁銅單晶場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線(圖5(a))和輸出曲線(圖5(b))。
[0033]圖6是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極應(yīng)用到酞菁銅有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管中可以重復(fù)利用的顯微鏡圖(插圖)和轉(zhuǎn)移曲線圖。
[0034]圖7是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極制備的多個(gè)變溝道器件的顯微鏡圖(圖7(a))和轉(zhuǎn)移曲線(圖7(b))。
[0035]圖8是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極應(yīng)用到酞菁銅微/納單晶的顯微鏡圖(圖8(a))和轉(zhuǎn)移曲線圖(圖8(b))。
[0036]圖9是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極應(yīng)用到酞菁銅大尺寸單晶(>100微米)的顯微鏡圖(圖9(a))和轉(zhuǎn)移曲線圖(圖9(b))。
[0037]圖10是本發(fā)明實(shí)施例2制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極(PDMS絕緣層厚度:Iym)應(yīng)用到紅熒烯單晶場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線(圖10(a))和輸出曲線(圖10(b))。
[0038]圖11是本發(fā)明實(shí)施例3制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極(PDMS絕緣層厚度:5ym)應(yīng)用到紅熒烯單晶場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線(圖11(a))和輸出曲線(圖11(b))。

【具體實(shí)施方式】
[0039]下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0040]下述實(shí)施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0041]實(shí)施例1、制備柔性平面內(nèi)嵌迭片電極
[0042]1、十八烷基三氯硅烷OTS修飾硅表面:首先把襯底表面清洗干凈；然后把襯底放入食人魚洗液(濃硫酸與過氧化氫體積比7:3的溶液)中，在襯底表面形成羥基化；再次清洗襯底；把襯底放入體積比1000:1的正庚烷的OTS溶液中，使襯底表面形成一層0TS。
[0043]2、在OTS修飾的襯底上分別利用光刻的方法制備源/漏電極和柵電極并在金屬表面修飾巰丙基三甲氧基硅烷(MPT):首先利用ΑΖ5214Ε光刻膠在襯底上分別光刻(烘烤溫度:100度；烘烤時(shí)間:3min ;曝光時(shí)間:20s ;顯影時(shí)間:60s ;定影時(shí)間:30s)源/漏電極和柵電極；然后真空蒸鍍一層金(真空度:10_6torr ;蒸鍍速率:0.01nm/s ;蒸鍍厚度:25nm)；去除膠之前，在金屬表面利用真空氣相法(具體方法是把所述源、漏、柵電極和30 μ m巰丙基三甲氧基硅烷同時(shí)放入真空系統(tǒng)中，保持7000Pa壓強(qiáng)20min，最終在電極表面形成一層巰丙基三甲氧基硅烷)修飾一層MPT分子(厚度I?5nm)，目的是使聚二甲基硅氧烷PDMS與金屬之間有很好的連接，利于金屬電極從襯底表面轉(zhuǎn)移下來；修飾完MPT之后，再利用N-甲基吡咯烷酮溶液去膠，目的是只在金屬表面修飾MPT，襯底表面沒有MPT分子。
[0044]3、在光刻和修飾MPT后的源/漏電極和柵電極上分別旋涂不同厚度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)并固化:
[0045]以10:1(PDMS:固化劑，體積比)的比例配置I3DMS溶液，攪拌后靜置2小時(shí)；直接在光刻和修飾MPT后的柵電極上旋涂一層200微米PDMS溶液，然后放入烘箱中加熱70度固化12小時(shí)；把靜置后的PDMS放入正己烷的溶液中進(jìn)行稀釋，體積比為1:10，攪拌并靜置；在光刻和修飾MPT后的源/漏電極上旋涂一層I μ m PDMS的正己烷溶液，然后放入烘箱中加熱70度固化12小時(shí)。
[0046]4、氧等離子體處理源/漏，柵電極表面:首先把帶有柵極的PDMS從硅襯底上轉(zhuǎn)移下來；然后把轉(zhuǎn)移下來的柵極與帶有PDMS的源/漏電極同時(shí)放進(jìn)氧等離子體中處理100s，使其表面羥基化一柵極的帶有金屬電極的表面和源/漏電極的PDMS層表面。
[0047]5、裁剪源/漏電極:利用探針(對(duì)于精細(xì)電極)裁剪帶有PDMS的源/漏電極，目的是方便以后測試。
[0048]6、對(duì)正柵電極和源/漏電極并加熱:利用對(duì)正工具(可以實(shí)現(xiàn)上下左右調(diào)平)在顯微鏡下使柵電極和源/漏電極對(duì)正；把對(duì)正之后的電極放入烘箱中(溫度:70度)加熱10分鐘，目的是使柵電極和源/漏電極形成不可逆的鍵，使其緊密連接，至此，源/漏電極的PDMS層與柵極的金屬電極表面連接在一起。
[0049]7、利用帶有較厚PDMS的柵電極把帶有薄的PDMS的源/漏電極整體轉(zhuǎn)移下來，這就形成了多層平面內(nèi)嵌迭片電極。因?yàn)镻DMS和金屬本身的柔性就很好，所以形成的電極，絕緣層和襯底是全柔性的平面內(nèi)嵌迭片電極，如圖3所示。
[0050]將酞菁銅有機(jī)單晶(酞菁銅單晶的尺寸為:長度:260 μ m ;寬度:4.35 μ m ;厚度為
0.15 μ m)放置在本實(shí)施例制備的柔性平面內(nèi)嵌迭片電極上，就形成了有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管，如圖4所示，其中圖4(a)為柔性平面內(nèi)嵌迭片電極場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4(b)為柔性平面內(nèi)嵌迭片電極場效應(yīng)晶體管的顯微鏡圖。
[0051]上述酞菁銅單晶場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移曲線如圖5(a)所示，輸出曲線如圖5(b)所
/Jn ο
[0052]由圖5可得知，酞菁銅的遷移率為0.243cm2/Vs。利用本發(fā)明多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極制備的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的遷移率高于文獻(xiàn)中的酞菁銅(AdvancedMaterials2006, 18,65)單晶場效應(yīng)晶體管的遷移率。上述結(jié)果一方面表明，本發(fā)明的多層柔性平面內(nèi)嵌電極可以制備出高性能的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。
[0053]本發(fā)明制備的柔性平面內(nèi)嵌迭片電極，由于半導(dǎo)體和電極和絕緣層之間是通過靜電吸附的作用結(jié)合在一起的，所以可以把有機(jī)單晶轉(zhuǎn)移下來，這樣就可以實(shí)現(xiàn)本專利制備的柔性平面內(nèi)嵌迭片電極重復(fù)利用的特點(diǎn)。圖6是柔性平面內(nèi)嵌迭片電極重復(fù)利用酞菁銅有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的顯微鏡圖(圖6插圖)和器件轉(zhuǎn)移曲線圖(圖6(b))。
[0054]本發(fā)明制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極，由于在電極圖案化過程是通過光刻技術(shù)制備的，可以形成精度高，復(fù)雜的圖案。因此利用這種柔性平面內(nèi)嵌迭片電極就可以實(shí)現(xiàn)高集成度的器件制備。圖7(a)和圖7(b)分別表示利用這種平面內(nèi)嵌迭片電極一次可以制備多個(gè)不同溝道的酞菁銅有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的顯微鏡圖和器件轉(zhuǎn)移曲線圖。
[0055]本發(fā)明制備的電極，是一種柔性平面內(nèi)嵌的電極，這種電極可以適用于各種尺寸的有機(jī)單晶。圖8(a)和圖8(b)分別表示利用這種多層平面內(nèi)嵌迭片電極可以應(yīng)用到酞菁銅的微/納單晶的顯微鏡圖和轉(zhuǎn)移曲線圖。
[0056]利用本發(fā)明提供的平面內(nèi)嵌迭片電極可以應(yīng)用到大尺寸單晶(>100微米)上，如放置酞菁銅大尺寸單晶得到的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的顯微鏡圖如圖9(a)所示，其轉(zhuǎn)移曲線如圖9(b)所示。
[0057]實(shí)施例2、制備柔性平面內(nèi)嵌迭片電極
[0058]1、十八烷基三氯硅烷OTS修飾玻璃表面:首先把襯底表面清洗干凈；然后把襯底放入食人魚洗液(濃硫酸與過氧化氫體積比7:3的溶液)中，在襯底表面形成羥基化；再次清洗襯底；把襯底放入體積比1000:1的正庚烷的OTS溶液中，使襯底表面形成一層0TS。
[0059]2、在OTS修飾的襯底上分別利用光刻的方法制備源/漏電極和柵電極并在金屬表面修飾巰丙基三甲氧基硅烷(MPT):首先利用AZ5214E光刻膠在襯底上分別光刻(烘烤溫度:100度；烘烤時(shí)間:3min ;曝光時(shí)間:20s ;顯影時(shí)間:60s ;定影時(shí)間:30s)源/漏電極和柵電極；然后真空蒸鍍一層金(真空度:10_6torr ;蒸鍍速率:0.01nm/s ;蒸鍍厚度:25nm)；去膠之前，在金屬表面利用真空(真空度為7000Pa)氣相法(具體方法是把所述源、漏、柵電極和30 μ m巰丙基三甲氧基硅烷同時(shí)放入真空系統(tǒng)中，保持7000Pa壓強(qiáng)20min)修飾一層MPT分子(I?5nm),目的是使聚二甲基娃氧燒PDMS與金屬之間有很好的鏈接,利于金屬電極從襯底表面轉(zhuǎn)移下來；修飾完MPT之后，再利用N-甲基吡咯烷酮溶液去膠，目的是只在金屬表面修飾MPT，襯底表面沒有MPT分子。
[0060]3、在光刻和修飾MPT后的源/漏電極和柵電極上分別旋涂不同厚度的聚二甲基硅氧烷PDMS并固化:
[0061]以10:1 (PDMS:固化劑，體積比)的比例配置PDMS溶液，攪拌后靜置I個(gè)小時(shí)；直接在光刻和修飾MPT后的柵電極上旋涂一層200微米PDMS溶液，然后放入烘箱中加熱固化(加熱70度固化12小時(shí))；把靜置后的PDMS放入正己烷的溶液中稀釋10倍，攪拌并靜置；在光刻和修飾MPT后的源/漏電極上旋涂一層稀釋的PDMS的正己烷溶液(厚度I μ m左右)，然后放入烘箱中加熱70度固化12個(gè)小時(shí)以上。
[0062]4、氧等離子體處理源/漏，柵電極表面:首先把帶有柵極的PDMS轉(zhuǎn)移下來；然后把轉(zhuǎn)移下來的柵極與帶有PDMS的源/漏電極同時(shí)放進(jìn)氧等離子體中處理100s，使其表面羥基化一柵極的帶有金屬電極的表面、源/漏電極的PDMS層表面。
[0063]5、裁剪源/漏電極:利用探針或刀片(對(duì)于宏觀電極)裁剪帶有PDMS的源/漏電極，目的是方面以后測試。
[0064]6、對(duì)正柵電極和源/漏電極并加熱:利用對(duì)正工具使柵電極和源/漏電極對(duì)正；把對(duì)正之后的電極放入烘箱中(溫度:70度)加熱10分鐘，目的是使柵電極和源/漏電極形成不可逆的鍵，使其緊密連接，至此，源/漏電極的PDMS層與柵極的金屬電極表面連接在一起。
[0065]7、利用帶有較厚PDMS的柵電極把帶有薄的PDMS的源/漏電極整體轉(zhuǎn)移下來，這就形成了平面內(nèi)嵌迭片電極。因?yàn)門OMS和金屬本身的柔性就很好，所以形成的電極，絕緣層和襯底是全柔性的平面內(nèi)嵌迭片電極。
[0066]把紅熒烯有機(jī)單晶放在多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極上，就形成了有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管(紅熒烯單晶的尺寸為:長度:300 μ m ;寬度:7.5 μ m ;厚度為0.2 μ m)。紅熒烯器件的遷移率為2.4cm2/Vs。圖10(a)和圖10(b)分別是紅熒烯器件轉(zhuǎn)移曲線和輸出曲線。利用本發(fā)明多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極制備的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的遷移率高于文獻(xiàn)中紅熒烯(Nature2006，444，913)單晶場效應(yīng)晶體管的遷移率。上述結(jié)果一方面表明，本發(fā)明的柔性平面內(nèi)嵌電極可以制備出高性能的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管，另一方面表明本發(fā)明的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極可以應(yīng)用到多種有機(jī)單晶半導(dǎo)體上，并制備高性能有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。
[0067]實(shí)施例3、制備柔性平面內(nèi)嵌迭片電極
[0068]1、十八烷基三氯硅烷OTS修飾玻璃表面:首先把襯底表面清洗干凈；然后把襯底放入食人魚洗液(濃硫酸與過氧化氫體積比7:3的溶液)中，在襯底表面形成羥基化；再次清洗襯底；把襯底放入體積比1000:1的正庚烷的OTS溶液中，使襯底表面形成一層0TS。
[0069]2、在OTS修飾的襯底上分別利用光刻的方法制備源/漏電極和柵電極并在金屬表面修飾巰丙基三甲氧基硅烷(MPT):首先利用AZ5214E光刻膠在襯底上分別光刻(烘烤溫度:100度；烘烤時(shí)間:3min ;曝光時(shí)間:20s ;顯影時(shí)間:60s ;定影時(shí)間:30s)源/漏電極和柵電極；然后真空蒸鍍一層金(真空度:10_6torr ;蒸鍍速率:0.01nm/s ;蒸鍍厚度:25nm)；去膠之前，在金屬表面利用真空(真空度為0.01MP)氣相法(具體方法是把所述源、漏、柵電極和30 μ m巰丙基三甲氧基硅烷同時(shí)放入真空系統(tǒng)中，保持7000Pa壓強(qiáng)20min)修飾一層MPT分子(I?5nm)，目的是使的聚二甲基硅氧烷PDMS與金屬之間有很好的鏈接，利于金屬電極從襯底表面轉(zhuǎn)移下來；修飾完MPT之后，再利用N-甲基吡咯烷酮溶液去膠，目的是只在金屬表面修飾MPT，襯底表面沒有MPT分子。
[0070]3、在光刻和修飾MPT后的源/漏電極和柵電極上分別旋涂不同厚度的聚二甲基硅氧烷PDMS并固化:
[0071]以10:1(PDMS:固化劑，質(zhì)量比)的比例配置PDMS溶液，攪拌后靜置；直接在光刻和修飾MPT后的柵電極上旋涂一層100微米PDMS溶液，然后放入烘箱中加熱固化(加熱70度固化12小時(shí))；把靜置后的PDMS放入正己烷的溶液中稀釋4倍，攪拌并靜置；在光刻和修飾MPT后的源/漏電極上旋涂一層稀釋的PDMS的正己烷溶液(厚度5微米左右)，然后放入烘箱中加熱70度固化12小時(shí)。
[0072]4、氧等離子體處理源/漏，柵電極表面:首先把帶有柵極的PDMS轉(zhuǎn)移下來；然后把轉(zhuǎn)移下來的柵極與帶有PDMS的源/漏電極同時(shí)放進(jìn)氧等離子體中處理100s，使其表面羥基化一柵極的帶有金屬電極表面、源/漏電極的PDMS層表面。
[0073]5、裁剪源/漏電極:利用探針(對(duì)于精細(xì)電極)裁剪帶有PDMS的源/漏電極，目的是方面以后測試。
[0074]6、對(duì)正柵電極和源/漏電極并加熱:利用對(duì)正工具使柵電極和源/漏電極對(duì)正；把對(duì)正之后的電極放入烘箱中加熱(溫度:70度；時(shí)間:20min)，目的是使柵電極和源/漏電極形成不可逆的鍵，使其緊密連接，至此，源/漏電極的PDMS層與柵極的金屬電極表面連接在一起。
[0075]7、利用帶有較厚PDMS的柵電極把帶有薄的PDMS的源/漏電極整體轉(zhuǎn)移下來，這就形成了平面內(nèi)嵌迭片電極。因?yàn)門OMS和金屬本身的柔性就很好，所以形成的電極，絕緣層和襯底是全柔性的平面內(nèi)嵌迭片電極。
[0076]把紅熒烯有機(jī)單晶放在多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極上，就形成了有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管(紅熒烯單晶的尺寸為:410 μ m ;寬度:9.9μηι ;厚度為0.4 μ m)。紅熒烯器件的遷移率最高為25.23cm2/Vs。圖11(a)和圖11(b)分別是紅熒烯器件轉(zhuǎn)移曲線和輸出曲線。利用本發(fā)明多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極制備的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的遷移率是高于目前報(bào)告的紅突烯單晶的最高值(Physical Review Letters2004, 93，086602)。上述結(jié)果一方面表明，本發(fā)明的柔性平面內(nèi)嵌電極可以制備出高性能的有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性平面內(nèi)嵌迭片電極的制備方法，包括如下步驟: (1)在襯底的表面連接十八烷基三氯硅烷； (2)在經(jīng)步驟(I)修飾之后的襯底上，利用光刻的方法分別制備源電極、漏電極和柵電極；并在所述源電極、所述漏電極和所述柵電極的金屬電極表面利用氣相法連接巰丙基三甲氧基娃燒; (3)在步驟(2)的得到的所述源電極、所述漏電極和所述柵電極的金屬電極表面分別旋涂聚二甲基硅氧烷，并進(jìn)行固化； (4)將旋涂有聚二甲基硅氧烷的所述柵電極從所述襯底上進(jìn)行轉(zhuǎn)移；將所述柵電極的金屬電極表面、所述源電極和所述漏電極的聚二甲基硅氧烷表面分別進(jìn)行氧等離子體處理，即在表面形成羥基； (5)剪裁所述源電極和所述漏電極；將所述柵電極的金屬電極表面、所述源電極和所述漏電極的聚二甲基硅氧烷表面進(jìn)行對(duì)正，并放入烘箱中加熱，則將所述柵電極、所述源電極和所述漏電極連接形成一整體，即得到所述多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，連接十八烷基三氯硅烷的步驟如下: 將清洗后的所述襯底靜置于濃硫酸與過氧化氫體積比為7:3的混合溶液中；然后清洗所述襯底，再將所述襯底置于正庚烷與十八烷基三氯硅烷體積比為1000:1的混合溶液中，即在所述襯底表面連接上所述十八烷基三氯硅烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述光刻的方法的條件如下: 在所述襯底上旋涂光刻膠，經(jīng)加熱后置于365nm下的紫外燈下進(jìn)行曝光，然后依次經(jīng)顯影和定影后，進(jìn)行蒸鍍金屬； 利用真空氣相法在金屬電極表面連接所述巰丙基三甲氧基硅烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述柵電極上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度為50?500μπι ; 所述源電極和所述漏電極上旋涂的所述聚二甲基硅氧烷的厚度均為0.8?5 μ m ; 所述固化的溫度為70°C?100°C，所述固化的時(shí)間可為12?2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:步驟(4)中，所述氧等離子體處理的時(shí)間為10秒?60秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于:步驟(5)中，所述加熱的溫度為70°C?100°C，所述加熱的10?30min。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述方法制備的多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極。
8.權(quán)利要求7所述多層柔性平面內(nèi)嵌迭片電極在制備有機(jī)場單晶場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01L51/10GK104134749SQ201410341768
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】童艷紅, 湯慶鑫, 趙曉麗 申請(qǐng)人:東北師范大學(xué)