本發(fā)明涉及有機半導(dǎo)體薄膜晶體管制備技術(shù)，具體涉及一種定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

有機半導(dǎo)體由于其選材廣泛、成本低廉并且能和柔性器件兼容等優(yōu)點受到了廣泛關(guān)注。在有機電子與光電子領(lǐng)域，有機半導(dǎo)體薄膜晶體管是一個重要元器件，它在有源矩陣顯示驅(qū)動器，射頻標(biāo)簽，生物醫(yī)藥以及集成電路中有著重要應(yīng)用?，F(xiàn)有的有機半導(dǎo)體成膜方法主要有真空熱蒸發(fā)鍍膜和溶液法兩大類。而在有機邏輯電路的制造過程中一個重要的環(huán)節(jié)就是對電路進行圖形化制備。現(xiàn)有的有機半導(dǎo)體圖形化加工工藝有光刻、掩模技術(shù)、納米壓印、噴墨打印等，這些方法由于需要復(fù)雜的工藝或產(chǎn)率較低，限制了其在大規(guī)模制備有機半導(dǎo)體薄膜晶體管方面的應(yīng)用。并且，這些方法通常需要使用多種溶劑，很多材料因為受到溶解性的限制而無法使用。因此，發(fā)明一種簡單且適合于大規(guī)模生產(chǎn)的無需溶劑介入的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管定位自組裝技術(shù)極為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制備方法。

本發(fā)明的一個目的在于提出一種定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管。

本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管包括：襯底、六方氮化硼h-bn、石墨烯、金屬電極和有機半導(dǎo)體薄膜；其中，襯底包括下層的導(dǎo)電層以及上層的絕緣層；在襯底的絕緣層上形成h-bn；在h-bn的兩端分別疊放石墨烯，兩端的石墨烯與h-bn有交疊但不完全覆蓋h-bn，并保持h-bn的中間部分暴露；在兩端的石墨烯上分別形成金屬電極，金屬電極不完全覆蓋石墨烯；在低壓管式爐中通過控制溫度、氣壓和時間，在中真空環(huán)境下以暴露出來的h-bn和石墨烯為模板，在暴露出來的h-bn和石墨烯上自組裝生長有機半導(dǎo)體薄膜，從而實現(xiàn)由石墨烯作為接觸電極，h-bn上的有機半導(dǎo)體薄膜作為溝道的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管。

石墨烯為單層或多層。h-bn為單層或多層。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法。

本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟：

1)提供襯底，襯底包括下層的導(dǎo)電層以及上層的絕緣層；

2)在襯底上制備h-bn；

3)制備石墨烯；

4)將石墨烯分別疊放在h-bn的兩端，兩端的石墨烯與h-bn有交疊但不完全覆蓋h-bn，并保持h-bn的中間部分暴露；

5)在兩端的石墨烯上分別形成金屬電極，金屬電極不完全覆蓋石墨烯；

6)將步驟5)得到的樣品放入低壓管式爐的低溫區(qū)，有機源材料放置在低壓管式爐的高溫區(qū)，通過控制溫度、氣壓和時間，以暴露出來的h-bn和石墨烯為模板，在中真空環(huán)境下在暴露出來的h-bn和石墨烯上自組裝生長有機半導(dǎo)體薄膜，完成后自然降溫至室溫，從而實現(xiàn)由石墨烯作為接觸電極，h-bn上的有機半導(dǎo)體薄膜作為溝道的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管。

其中，在步驟2)中，采用機械剝離的方法在襯底上制備h-bn，形成規(guī)則形狀的h-bn；或采用化學(xué)氣相沉積cvd制備大面積h-bn，再通過光刻和刻蝕的方法形成規(guī)則形狀的h-bn。

在步驟3)中，采用機械剝離的方法制備規(guī)則形狀的石墨烯；或者采用cvd制備大面積石墨烯，再通過光刻和刻蝕的方法形成規(guī)則形狀的石墨烯。

在步驟6)中，低壓管式爐的低溫區(qū)的溫度為70～100℃，低壓管式爐的高溫區(qū)的溫度為100～130℃，氣壓為1～100pa，升溫時間為10～60min，自組裝生長的時間為1～30min。源材料采用有機半導(dǎo)體。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明以石墨烯和h-bn為模板進行自組裝生長有機半導(dǎo)體薄膜，有機半導(dǎo)體薄膜與石墨烯之間形成較好的接觸，從而實現(xiàn)定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管；自組裝過程中無需溶劑介入，不受材料溶解性的限制，自組裝過程簡單；自組裝過程中無需高真空條件，可降低生產(chǎn)成本；自組裝過程最高溫度為130℃，能應(yīng)用于pet等柔性襯底；石墨烯與h-bn具有良好的透光性，有利于制作透明器件；由于大面積制備石墨烯以及h-bn的工藝已經(jīng)成熟，該方法可以被推廣到大面積自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管，在柔性有機電子、光電子器件及顯示器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個實施例將機械剝離的石墨烯疊放在h-bn兩端的示意圖；

圖2(a)～(d)為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個實施例放入低壓管式爐以前的流程圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個實施例放入低壓管式爐的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個實施例得到的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的光學(xué)顯微圖和原子力顯微圖，其中，(a)為通過微區(qū)精確轉(zhuǎn)移技術(shù)在h-bn兩端疊放石墨烯的光學(xué)顯微圖，(b)為圖(a)中h-bn的原子力顯微圖及劃線處的臺階高度圖，(c)為自組裝生長有機半導(dǎo)體薄膜之后的光學(xué)顯微圖，(d)為圖(c)中的h-bn的原子力顯微圖及劃線處的臺階高度圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個實施例得到的有機半導(dǎo)體薄膜的拉曼光譜圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個實施例得到的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的電學(xué)測量結(jié)果圖，其中，(a)為有機薄膜晶體管的輸出特性曲線圖，(b)為有機薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，通過實施例，進一步闡述本發(fā)明。

本實施例的定位自組裝有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，如圖1、2和3所示，包括以下步驟：

1)提供襯底，襯底包括下層的導(dǎo)電層6以及上層的絕緣層5：

下層為重摻雜p型si，上層為sio2，sio2厚度為285nm。

2)在襯底上制備h-bn：

采用機械剝離的方法在sio2襯底上制備六方氮化硼4，在顯微鏡下選擇大小和形狀合適的h-bn，尺寸約為40×15μm²，如圖2(a)所示。

3)采用機械剝離的方法，在厚度約1mm的聚二甲基硅氧烷(pdms)2上，制備少層石墨烯3，在顯微鏡下選擇大小和形狀合適的少層石墨烯。

4)將石墨烯分別疊放在h-bn的兩端，兩端的石墨烯與h-bn有交疊但不完全覆蓋h-bn，如圖1和2所示：

a)將pdms沒有石墨烯的一面貼在載玻片1上，帶有石墨烯的一面朝下，將載玻片固定在微操作平臺上，在顯微鏡下將選好的少層石墨烯與在襯底上的h-bn對準(zhǔn)；

b)緩慢降低微操作平臺的高度，讓石墨烯緩慢地貼合到襯底上，待石墨烯與襯底完全貼合，緩慢地升高微操作平臺的高度，將pdms揭起，石墨烯即可留在h-bn與sio2襯底上，如圖2(b)所示；

c)重復(fù)步驟a)～b)，在h-bn的另一端疊放另外一片石墨烯，如圖2(c)所示。

5)采用電子束光刻、熱蒸發(fā)鍍膜及剝離工藝，在兩端的石墨烯上分別形成ti/au金屬電極7，金屬電極不完全覆蓋石墨烯，如圖2(d)所示；

6)將步驟5)得到的樣品11放入低壓管式爐8的低溫區(qū)，該處溫度80℃，有機源材料10放置在低壓管式爐的高溫區(qū)，有機源材料采用c8-btbt，該處溫度120℃，石英管9連接機械泵12，石英管內(nèi)氣壓約為4pa，升溫時間為40min，自組裝生長時間為20min，以暴露出來的h-bn和石墨烯為模板，在暴露出來的h-bn和石墨烯上自組裝生長有機半導(dǎo)體薄膜c8-btbt，完成后自然降溫至室溫，如圖3所示。

圖4(c)和(d)分別是通過該方法在285nmsio2/p⁺-si襯底上制備的晶體管的光學(xué)顯微圖和原子力顯微圖。

圖5是自組裝生長得到的有機半導(dǎo)體c8-btbt薄膜的拉曼光譜圖。證明經(jīng)過本發(fā)明的方法，c8-btbt確實自組裝到了石墨烯和h-bn上。位于1465和1549cm^－1的兩個特征拉曼峰位表明自組裝得到的有機半導(dǎo)體薄膜保持了良好的結(jié)構(gòu)特性。

圖6是本實施例制備得到的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的電學(xué)測量結(jié)果圖。圖6(a)是自組裝的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的輸出特性曲線(背柵電壓：－30，－20v，－10v)。圖6(b)是自組裝的有機半導(dǎo)體薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。曲線表明晶體管溝道導(dǎo)通，有機半導(dǎo)體薄膜表現(xiàn)出p型輸運特性，晶體管開關(guān)比可達到10⁶，計算得到的背柵場效應(yīng)遷移率為0.06cm²/v·s。

最后需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。