一種雙層修飾的高性能有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其修飾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其修飾方法，具體設(shè)及絕緣層-半導(dǎo)體界面 雙層修飾有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其修飾方法，可W實(shí)現(xiàn)器件空穴遷移率超過(guò)IcmVVs。
【背景技術(shù)】
[0002] 有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于其制造成本較低并且可大面積生產(chǎn)，在過(guò)去的幾十年受到 越來(lái)越多的關(guān)注與深入的研究。它可廣泛應(yīng)用于柔性電路、電子顯示、非易失性存儲(chǔ)W及傳 感器等設(shè)備中，因此，對(duì)于其電子性能的要求也不斷提高。該主要包括制備工藝的提高，例 如打印、氣相沉積、旋涂等，W及對(duì)所用材料的不斷探索。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些具有高載流 子遷移率的小分子材料，許多有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究都是基于小分子作為半導(dǎo)體層而取 得較高遷移率。同時(shí)，二氧化娃也是常用的絕緣層材料。由于其表面呈親水性，不利于一些 半導(dǎo)體粒子的生長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生一些缺陷。
[000引 目前已有很多關(guān)于半導(dǎo)體-絕緣層單層界面修飾的報(bào)道，早在1990年，化ng等 人就研究了不同聚合物做絕緣層，提出遷移率與絕緣層的介電常數(shù)密切相關(guān)狂ZPeng,G Horowitz，DFichou，F(xiàn)Garnier，Appl.Phys.Lett, 1990, 57, 2013)。后來(lái)，也有文獻(xiàn)報(bào)道 了對(duì)絕緣層進(jìn)行修飾W達(dá)到提高有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性質(zhì)的綜述（W化ao，HLDong,L Jiang,WP化，化em.Sci，2011，2, 590)。常用的修飾材料有聚合物聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)、聚對(duì)己締基苯酪（PVP)、聚苯己締（P巧、聚己締醇（PVA)，還有自組裝單層修飾材料 十八烷基S氯硅烷（0T巧和六甲基二娃氮燒（HMD巧。0TS由于具有較長(zhǎng)的烷基鏈，可W在氧 化物表面形成哲基官能團(tuán)的隧道屏障，并且可W作為界面接觸層有效調(diào)節(jié)并五苯薄膜的結(jié) 構(gòu)排列。聚己締醇（PVA)、聚對(duì)己締基苯酪（PW)等是高介電常數(shù)材料（又叫高-k材料）。 高-k材料聚合物常被用在柔性有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，因?yàn)樗蒞實(shí)現(xiàn)低電壓，但是不足之 處在于它需要較高的退火溫度，并且絕緣性質(zhì)也較弱。聚苯己締（P巧、聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)等是電絕緣性較好的聚合物，該些具有較好絕緣性的聚合物也常被用在絕緣層修飾 上，該是由于它們可W在進(jìn)一步提高電絕緣性的同時(shí)有效減少絕緣層與半導(dǎo)體層之間的電 荷陷阱。上述聚合物由于沒(méi)有哲基官能團(tuán)，使得表面疏水性更強(qiáng)，水分子難W接觸其表面從 而提高器件在空氣中的穩(wěn)定性，但是，隨著絕緣性的提高，絕緣層-半導(dǎo)體層界面間的電荷 濃度會(huì)降低，導(dǎo)致器件的漏電流變大。
[0004] 然而，大多數(shù)的報(bào)道都是采用單層的修飾方法，應(yīng)用了修飾材料的優(yōu)勢(shì)，但未解 決修飾材料的劣勢(shì)問(wèn)題。因此，很少有通過(guò)界面修飾達(dá)到有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性質(zhì) 的突破的報(bào)道。對(duì)有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能要求也不再僅僅體現(xiàn)在遷移率，還包括空 氣中的穩(wěn)定性、亞闊值偏移、偏壓效應(yīng)等。雖然之前也有文獻(xiàn)報(bào)道了雙層修飾二氧化娃 絕緣層表面的文章（YMSun,XFLu，SWLin,JKettle,SGYeates,AMSong,Org. Electron, 2010, 11, 351)，上述文章雙層修飾采用聚合物與自組裝單層的結(jié)合，此種結(jié)合方 式并沒(méi)有有效改善器件的遷移率。為了解決界面修飾達(dá)不到有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管電學(xué)性質(zhì)的 問(wèn)題，本發(fā)明采用兩層聚合物修飾，得到可W大幅度提高電學(xué)特性的器件，器件空穴遷移率 超過(guò)lcm2/Vs。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了發(fā)揮聚合物修飾的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)解決聚合物修飾的不足之處，制備出在遷移率、 穩(wěn)定性、亞闊值偏移、偏壓效應(yīng)等電學(xué)特性有突破的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，本發(fā)明提供一種雙 層修飾的高性能有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其修飾方法。采用雙層聚合物修飾一定厚度的二氧化 娃表面，促進(jìn)上層半導(dǎo)體粒子更好生長(zhǎng)，提高有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電學(xué)性質(zhì)，包括遷移率、 空氣中穩(wěn)定性、亞闊值偏移、偏壓效應(yīng)。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007] 一種雙層修飾的高性能有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括源漏電極、半導(dǎo)體層、絕緣層，所 述絕緣層為二氧化娃/娃基片，所述半導(dǎo)體層與二氧化娃/娃襯底之間從上到下依次有 高-k材料聚合物層和高絕緣性聚合物層。
[000引優(yōu)選地，所述高-k材料聚合物層中高-k材料聚合物選自聚己締醇、聚對(duì)己締基苯 酪、氯己基普魯蘭多糖。
[0009] 優(yōu)選地，所述高絕緣性聚合物層中高絕緣性聚合物選自聚苯己締、聚甲基丙締酸 甲醋。
[0010] 優(yōu)選地，所述高絕緣性聚合物與高-k材料聚合物依次旋涂于所述絕緣層。
[0011] 上述有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的修飾方法，包括如下步驟：
[0012] (1)配置高絕緣性聚合物溶液，高絕緣性聚合物，溶于己酸己醋，濃度10-60mg/ ml；
[0013] (2)配置交聯(lián)高-k材料聚合物溶液；采用酸酢類(lèi)化合物作交聯(lián)劑，選用高溶解度 含醋溶劑，選用基于該聚合物單體的有機(jī)堿做催化劑，配置成濃度為10-30mg/ml的溶液；
[0014] (3)選擇表面有40-60nm二氧化娃的重滲雜的娃作為基片，清洗干凈基片后烘干；
[0015] (4)在干凈的基片表面旋涂步驟（1)配置好的高絕緣性聚合物溶液，厚度為 180-300nm;然后在其上旋涂交聯(lián)高-k材料聚合物溶液，厚度為60-80nm;
[0016] (5)將旋涂完的片子放入烘箱中烘干，之后冷卻；
[0017] (6)在修飾層上真空蒸鍛半導(dǎo)體材料和源漏電極。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（1)中所述高絕緣性聚合物溶液為聚甲基丙締酸甲醋溶液。
[0019] 優(yōu)選地，步驟（2)中所述高-k材料聚合物溶液為交聯(lián)聚對(duì)己締基苯酪溶液。
[0020] 優(yōu)選地，步驟（2)中所述交聯(lián)劑為4, 4'-(六氣異亞丙基）二獻(xiàn)酸酢，所述溶劑為 丙二醇甲離醋酸醋，所述催化劑為=己胺。
[0021] 優(yōu)選地，步驟（4)所述旋涂高絕緣性聚合物溶液，轉(zhuǎn)速為3000-5000轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn) 55-65秒；所述旋涂高-k材料聚合物溶液，轉(zhuǎn)速為1500-2500轉(zhuǎn)/分，旋轉(zhuǎn)35-45S。
[002引優(yōu)選地，步驟做所述真空蒸鍛半導(dǎo)體材料為并五苯，蒸鍛速率為化7A/S，真空度 控制在6Xl(T4pa-l(r5pa，采用晶振控制厚度在40-70皿。步驟做所述真空蒸鍛源漏電極 為金，蒸鍛速率為0.06A/S，真空度控制在6Xl0-V-l0-Spa，采用晶振控制厚度在15-40nm。 [002引優(yōu)選地，兩層聚合物旋涂完后的總厚度控制在200-380nm，半導(dǎo)體層的厚度為 40-70皿，源漏電極為15-40皿。
[0024]本發(fā)明利用高-k材料的聚合物（如聚己締醇PVA、聚對(duì)己締基苯酪PVP、氯己基普 魯蘭多糖CYP化等）與電絕緣性較好的聚合物（如聚苯己締PS、聚甲基丙締酸甲醋PMMA等）優(yōu)勢(shì)的有效結(jié)合，制備雙聚合物修飾的高性能有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，從遷移率、操作電 壓、器件穩(wěn)定性等角度驗(yàn)證。利用原子力顯微鏡圖像（AFM)、X-射線(xiàn)衍射狂RD)，W及通過(guò) 測(cè)出絕緣層上的液體接觸角計(jì)算出絕緣層的表面能等不同的表征手段進(jìn)行綜合分析，最終 找到了兩種不同絕緣層的最佳搭配濃度與器件結(jié)構(gòu)。選取合適的溶劑非常重要，同時(shí)有的 聚合物也需要交聯(lián)，采用不同的交聯(lián)劑、不同的濃度、不同的制備環(huán)境都會(huì)得到不一樣的電 學(xué)性質(zhì)。我們常會(huì)選擇成本較低，溶解度較好并且不會(huì)與器件任何一層發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)作 溶劑，同時(shí)最好可W在空氣中較為穩(wěn)定存在。
[0025] 本發(fā)明采用了雙層聚合物修飾二氧化娃（Si化）（結(jié)構(gòu)如圖1所示），遷移率與未修 飾相比，提高了 2倍，達(dá)到IcmVVsW上，并且制備的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管也可W在空氣中具 備較高的穩(wěn)定性，除此之外，其幾乎沒(méi)有回滯現(xiàn)象。并且從AFM、XRD及接觸角等方面進(jìn)行分 析也可W進(jìn)一步得到認(rèn)證。
[0026] 首先配置兩種修飾聚合物的溶液。接著在清洗過(guò)的基片上依次旋涂?jī)煞N溶液，測(cè) 的旋涂層的膜厚約為200-380納米。隨后在修飾層上真空蒸鍛半導(dǎo)體層及源漏電極，制備 成完整的器件。
[0027] 所述基于雙層聚合物修飾的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，采用安捷倫B1500測(cè)試分析儀器 進(jìn)行測(cè)試，可W取得較高的開(kāi)態(tài)電流，計(jì)算得到的遷移率在IcmVVsW上。將測(cè)試數(shù)據(jù)繪制 的轉(zhuǎn)移曲線(xiàn)，如圖2所示，與輸出曲線(xiàn)，如圖3所示。該與OTS修飾的300nm二氧化娃相比， 具有接近的介電層的厚度，但是載流子遷移率卻提高了一倍，并且相對(duì)于未修飾的表面，遷 移率與開(kāi)關(guān)比都有很大提高。
[002引所述基于雙層聚合物修飾的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，除了具有較高的遷移率之外，也 沒(méi)有明顯的回滯現(xiàn)象，如圖4所示，該說(shuō)明半導(dǎo)體薄膜的缺陷很少，不會(huì)在施加?xùn)艍簳r(shí)捕 獲載流子。該一特性還可