本發(fā)明涉及了一種基于三明治復(fù)合絕緣層構(gòu)筑高穩(wěn)定性有機場效應(yīng)晶體管，屬于有機電子領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、有機場效應(yīng)晶體管（organic?field-effect?transistor，ofet）具有質(zhì)量輕便、本征柔性、材料來源廣、可溶液加工以及成本低等優(yōu)勢，在射頻識別、驅(qū)動電路和傳感器等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。近年來，ofet發(fā)展迅速，器件遷移率已經(jīng)可與多晶硅媲美，逐步滿足實際應(yīng)用的需求。但是，器件在長時間操作或保存過程中，其電學(xué)性質(zhì)仍然易受環(huán)境因素（如水、氧氣、光照等）或材料自身聚集態(tài)結(jié)構(gòu)變化的影響，穩(wěn)定性難以滿足實際應(yīng)用的需求。諾貝爾物理獎得主herbert?kroemer教授曾在其獲獎發(fā)言中談到“界面即器件”，有機場效應(yīng)晶體管的電荷積累和輸運過程都發(fā)生在界面處，因此界面處的接觸質(zhì)量和能級匹配程度對器件穩(wěn)定性有著深遠的影響。

2、研究者們探究了有機場效應(yīng)晶體管的失穩(wěn)機制（ sci.?adv.2021,?7,?eabf8555； nat.?commun.2024,?15,?626），同時開發(fā)了一系列增穩(wěn)策略（ nat.?commun.?2022,?13,1480； adv.?mater.?2023,?35,?2306975； nat.?mater.?2024,?23,?1268； sci.?adv.?2023,9,?eadj4656； adv.?mater.?2024,?36,?2400089； acs?appl.?mater.?interfaces.?2022,14,?13584）。目前,提高有機場效應(yīng)晶體管穩(wěn)定性的方法及存在的問題如下：（1）材料改性。通過化學(xué)修飾引入共軛側(cè)鏈或官能團，提高材料的結(jié)晶度和分子間相互作用力；使用交聯(lián)劑或聚合物網(wǎng)絡(luò)來增強有機半導(dǎo)體層的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性。但是，化學(xué)修飾可能會影響材料的電學(xué)性能，需要平衡穩(wěn)定性和電學(xué)性能之間的關(guān)系；交聯(lián)過程可能會引入雜質(zhì)，影響器件的純度和性能。（2）界面工程。在有機半導(dǎo)體層與電極之間引入緩沖層，減少界面缺陷和陷阱態(tài)；采用自組裝單層（self-assembled?monolayers,?sams）或功能化界面層來改善界面接觸。但是，緩沖層的選擇和制備工藝復(fù)雜，可能增加制造成本；自組裝單層的均勻性和覆蓋率難以控制，可能影響器件的一致性。（3）封裝技術(shù)。使用高性能封裝材料來防止水分和氧氣的侵入，從而提升器件的環(huán)境穩(wěn)定性。但是，封裝層的厚度和均勻性難以控制，可能影響器件的靈活性，且多層封裝結(jié)構(gòu)增加了制造復(fù)雜性和成本。（4）摻雜與退火處理。引入摻雜劑以提高載流子遷移率和穩(wěn)定性；通過熱退火處理優(yōu)化有機半導(dǎo)體層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，減少缺陷態(tài)。但是，摻雜濃度的控制和均勻性是一個難題；退火溫度和時間的選擇需要優(yōu)化，過高的溫度可能損壞有機材料。

3、當(dāng)下，穩(wěn)定性問題仍是制約有機場效應(yīng)晶體管發(fā)展的關(guān)鍵因素，進一步限制了其商業(yè)化進程。因此，需要提供一種構(gòu)筑高穩(wěn)定性有機場晶體管的方法，這種方法不僅要保證整個器件穩(wěn)定性高，而且還要方法簡單、易操作、成本低便于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于三明治復(fù)合絕緣層的方法構(gòu)筑具有高穩(wěn)定性的有機場效應(yīng)晶體管器件及器件陣列，通過三明治復(fù)合絕緣層的方法優(yōu)化絕緣層和半導(dǎo)體層接觸的界面，改善在絕緣層表面沉積的有機半導(dǎo)體層的質(zhì)量，以形成好的載流子注入效果，利于獲得高穩(wěn)定性器件。

2、本發(fā)明提供的制備方法既沒有破壞絕緣層本身的性質(zhì)，且層層制備方法簡單、易操作、成本低；本發(fā)明也可成功制備大面積柔性有機場效應(yīng)晶體管陣列，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

3、本發(fā)明提供的基于三明治復(fù)合絕緣層構(gòu)筑的高穩(wěn)定性的有機場效應(yīng)晶體管，由下至上依次為柵電極、三明治復(fù)合絕緣層、有機半導(dǎo)體層、源電極和漏電極；

4、所述三明治復(fù)合絕緣層的結(jié)構(gòu)為：由下至上依次是聚合物絕緣層1、聚合物絕緣層2和單分子修飾層。

5、本發(fā)明高穩(wěn)定性的有機場效應(yīng)晶體管中，所述聚合物絕緣層1的材質(zhì)為紫外固化膠如noa72，或環(huán)氧樹脂如su8?(pc-1040,?gersteltec)光刻膠；

6、所述聚合物絕緣層2的材質(zhì)為彈性絕緣材料；如有機硅、聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷；所述單分子修飾層的材質(zhì)為十八烷基三氯硅烷或六甲基二硅氮烷；

7、所述三明治復(fù)合絕緣層的厚度為0.5?μm~3?μm，其中，所述聚合物絕緣層1的厚度可為0.4?μm~2.5?μm，所述聚合物絕緣層2的厚度可為0.1?μm~0.5?μm，所述單分子修飾層的厚度可為2?nm~3?nm；

8、本發(fā)明高穩(wěn)定性的有機場效應(yīng)晶體管中，所述有機半導(dǎo)體層的材質(zhì)為二萘并[2,3-b:2’,3’-f]噻吩并[3,2-b]噻吩(dntt)、2,9-二苯基二萘并[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩(2,9-dph-dntt)、2,9-二癸基二萘并[2,3-b:2',3'-f]噻吩并[3,2-b]噻吩(c10-dntt)、2,9-二辛基萘并[2,3-b]石腦油[2'，3'：4,5]噻吩并[2,3-d]噻吩(c8-dntt)；

9、所述有機半導(dǎo)體層的厚度為20～100?nm；

10、所述柵電極的厚度為30~50?nm。

11、本發(fā)明還提供了所述有機場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括如下步驟：

12、s1、在襯底上制備所述柵電極；

13、所述襯底可為硬質(zhì)襯底，如硅、二氧化硅或玻璃，也可為柔性襯底，如聚酰亞胺或聚對苯二甲酸乙二酯；

14、s2、在所述柵電極上制備所述三明治復(fù)合絕緣層；

15、s3、在所述三明治復(fù)合絕緣層上沉積所述有機半導(dǎo)體層；

16、s4、在所述有機半導(dǎo)體層上沉積金屬得到所述源電極和所述漏電極。

17、本發(fā)明制備方法中，制備所述柵電極之前，在所述襯底上修飾十八烷基三氯硅烷；

18、采用液相法或氣相法修飾所述十八烷基三氯硅烷；

19、所述液相法的步驟如下：

20、將清洗后的所述襯底靜置于濃硫酸與過氧化氫混合溶液中，然后進一步清洗所述襯底，再將所述襯底靜置于正庚烷與十八烷基三氯硅烷的混合液中；即在所述襯底表面修飾十八烷基三氯硅烷；

21、所述氣相法的步驟如下：

22、將清洗后的所述襯底經(jīng)氧等離子體處理（如：功率為100?w，時間為30?s）后，放入真空干燥箱內(nèi)；所述真空干燥箱中放置所述十八烷基三氯硅烷；加熱所述真空干燥箱，當(dāng)所述真空干燥箱降至室溫時，取出所述襯底后再置于三氯甲烷中超聲處理，即在所述襯底表面修飾十八烷基三氯硅烷。

23、本發(fā)明制備方法中，步驟s2中，制備所述三明治復(fù)合絕緣層的步驟如下：

24、1）將紫外固化膠或環(huán)氧樹脂旋涂于所述柵電極，經(jīng)固化得到所述聚合物絕緣層1；

25、2）將彈性絕緣材料旋涂于所述聚合物絕緣層1上，經(jīng)固化得到所述聚合物絕緣層2；

26、3）采用十八烷基三氯硅烷或六甲基二硅氮烷對所述聚合物絕緣層2進行單分子層修飾，得到所述單分子修飾層。

27、優(yōu)選地，步驟1）中，固化紫外固化膠薄膜的條件為：紫外曝光的波長為365?nm，功率為100?mj/cm2，曝光的時間為80～200?s；

28、固化環(huán)氧樹脂薄膜的條件為：烘烤溫度為65～175℃，烘烤時間為30～180分鐘；紫外曝光的波長為365?nm，功率為100?mj/cm2，曝光時間為5～60?s；

29、優(yōu)選地，步驟2）中，固化彈性絕緣材料層的條件為：溫度為70～100?℃，時間為30～60分鐘；

30、優(yōu)選地，步驟3）中，采用氣相法制備所述單分子修飾層；

31、所述氣相法的步驟如下：

32、將所述聚合物絕緣層2進行氧等離子體處理（功率為100?w，時間為30?s），然后置于真空干燥箱中，并在所述真空干燥箱內(nèi)放入所述十八烷基三氯硅烷或所述六甲基二硅氮烷；加熱所述真空干燥箱后取出器件，再在所述聚合物絕緣層2表面澆筑上pdms溶液，固化后剝離pdms。

33、所述單分子修飾層材料；將真空干燥箱加熱（溫度為70～90?℃）后取出器件，在取出后的器件絕緣層表面澆筑上pdms溶液（pdms：交聯(lián)劑=1：10，體積比），隨后在70～100?℃下固化10～20分鐘后取出，然后將pdms從絕緣層表面剝離。

34、本發(fā)明進行單分子層修飾的目的是改善在其表面沉積的有機半導(dǎo)體層的質(zhì)量，以形成好的載流子注入效果，以利于獲得高穩(wěn)定性器件。

35、本發(fā)明制備方法中，步驟s3中，采用氣相真空熱沉積所述有機半導(dǎo)體；

36、步驟s4中，采用真空蒸鍍的方式制備所述源電極和所述漏電極。

37、基于所述高穩(wěn)定性柔性有機場效應(yīng)晶體管形成的高穩(wěn)定性柔性有機場效應(yīng)晶體管陣列也屬于本發(fā)明的保護范圍。

38、本發(fā)明提供一種基于三明治復(fù)合絕緣層構(gòu)筑高穩(wěn)定性的有機場效應(yīng)晶體管器件及其器件陣列及制備方法；通過三明治復(fù)合絕緣層的方法優(yōu)化了絕緣層和半導(dǎo)體層接觸的界面，改善了在絕緣層表面沉積的有機半導(dǎo)體層的質(zhì)量，以形成好的載流子注入效果，利于獲得高穩(wěn)定性器件。本發(fā)明提供的制備方法既沒有破壞絕緣層本身的性質(zhì)，且層層制備方法簡單、易操作、成本低；對于晶體管穩(wěn)定性的提升具有明顯的效果；本發(fā)明具有普適性也可成功制備大面積柔性有機場效應(yīng)晶體管陣列，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。