一种有机场效应晶体管及其制备方法与流程

本发明涉及有机场效应晶体管领域，尤其涉及一种有机场效应晶体管及其制备方法。

背景技术：

随着微电子产业的飞速发展，各种各样的光电器件大大推动了社会文明的进步和发展。目前我们常用的大部分光电器件主要是由传统的砷化嫁、锗、硅等无机半导体材料构成的，然而此类无机半导体材料存在着加工成本高、携带不方便、制备工艺复杂等一系列缺点。相比无机半导体材料而言，有机半导体材料具有以下优势：（一）有机半导体材料具有出色的弹性和柔韧性，可以很好的兼容轻质塑料衬底并且在低温下制备柔性有机光电器件；（二）由于有机材料种类繁多，因此可以通过改变分子结构来调控材料的各种物理化学特性，从而达到调控半导体器件性能的目的；（三）有机半导体材料可以采用新型的溶液法、印刷或者打印加工技术来大面积制备成本低廉的有机光电子电路与器件。因此，在过去的二十年里，有机半导体材料被广泛的应用于有机场效应晶体管、有机发光二极管，以及太阳能电池等领域中。其中，有机场效应晶体管由于具有制造成本低、工艺简单、可低温大面积生产等优势，在柔性电路、电子纸、光电探测器、有源矩阵显示的驱动电路等方面有着巨大的应用价值而受到广泛关注。

聚(3-己烷基噻吩)（P3HT）是具有噻吩重复单元，确定的分子量和确定的结构的一种低聚物，近十几年来被广泛应用于有机电子器件中。它的独特优势主要有:（一)它具有确定的分子结构且结构简单，容易制得；（二）它的溶解性好，有利于溶液加工成膜；（三) 具有较高的结晶度，对氧气和水都有较高的稳定性。然而，在溶液加工过程中，P3HT的结晶度相对较低，导致其迁移率相对较低。因此，如何提高P3HT在有机场效应晶体管中的迁移率，成为使其能更广泛的应用于有机电子领域的重点解决问题。近年来，不同的研究团队发展了一些改善P3HT的迁移率的方法，如：在绝缘层衬底进行适当的表面修饰；选择不同的溶剂溶解P3HT以及旋涂法制备薄膜后选择不同的退火温度等。除此之外，由于可溶液加工，分子掺杂的方法得到了更多的关注。一些无机纳米颗粒或有机小分子已经被掺杂到P3HT体系中提高其有机场效应晶体管的迁移率。然而，这些无机纳米颗粒或有机小分子需要复杂的制备步骤，严苛的制备条件，增加了器件的制备难度和制造成本。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有机场效应晶体管及其制备方法，旨在解决现有有机场效应晶体管中P3HT迁移率较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种有机场效应晶体管的制备方法，其中，包括步骤：

A、在基底上依次沉积栅极和绝缘层；

B、在绝缘层上沉积复合物半导体层；其中，所述复合物半导体层的材料为金纳米棒与P3HT溶液的混合液；

C、在复合物半导体层上沉积源漏电极。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述金纳米棒的长宽比为（1~5）:1。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述金纳米棒为经过配体表面修饰后的金纳米棒。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述配体为烷基胺、烷基硫醇、苯胺、苯硫醇中的一种。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述基底为PET薄膜基底。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述栅极的材料为图案化的银。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述绝缘层的材料为氧化铝。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述源漏电极的材料为金。

所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，所述基底的厚度为100μm。

一种有机场效应晶体管，其中，采用如上任一所述的有机场效应晶体管的制备方法制备而成。

有益效果：本发明将金纳米棒掺杂到P3HT溶液中制备有机薄膜场效应晶体管，工艺简单，成本低廉，有效的提高了P3HT的迁移率。

附图说明

图1为本发明的一种有机场效应晶体管的制备方法较佳实施例的流程图。

图2为本发明表面修饰的金纳米棒的合成示意图。

图3为本发明的一种有机场效应晶体管较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种有机场效应晶体管及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明的一种有机场效应晶体管的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：

S100、在基底上依次沉积栅极和绝缘层；

上述步骤S100中，在基底上沉积栅极，所述基底可以为但不限于PET薄膜基底，所述基底的厚度可以为100μm 厚，所述栅极的材料可以为图案化的银。

接着在栅极上沉积绝缘层，所述绝缘层的材料可以为氧化铝，所述绝缘层的厚度可以为30纳米。

S200、在绝缘层上沉积复合物半导体层；其中，所述复合物半导体层的材料为金纳米棒与P3HT溶液的混合液；所述金纳米棒与P3HT的质量比为1:（4~6），例如，金纳米棒与P3HT的质量比可以为1:5。

上述步骤S200具体为，在绝缘层上旋涂金纳米棒与P3HT溶液的混合液，并在100~150℃下退火，制得复合物半导体层。例如，在绝缘层上以1200转每分钟的速度旋涂金纳米棒与P3HT溶液的混合液，并在125℃下退火，制得复合物半导体层。

本发明所述复合物半导体层的材料为金纳米棒与P3HT溶液的混合液。本发明采用金纳米棒掺杂P3HT，相对于衬底表面修饰等方法，分子掺杂的方法由于其对溶液加工工艺的良好兼容性，有利于在柔性衬底上大面积制备性能良好的有机场效应晶体管。相对于有机小分子以及一些无机纳米颗粒而言，金纳米颗粒合成简单，能在不同的有机溶剂中稳定分散，化学稳定性好。在P3HT溶液中引入金纳米棒制备有机场效应晶体管，由于金纳米棒的形貌尺寸均一可控，掺杂金纳米棒可以有效的提高P3HT薄膜（即复合物半导体层）的结晶度，并优化P3HT分子在P3HT薄膜中的取向。

进一步地，本发明还可以采用不同长宽比的金纳米棒掺杂P3HT溶液，以更好地提高器件迁移率。所述金纳米棒的长宽比可以为（1~5）:1，例如，所述金纳米棒的长宽比可以为3:1。

进一步地，本发明所述金纳米棒可以为经过配体表面修饰后的金纳米棒。即本发明还可以采用不同配体对金纳米棒的表面进行修饰，这是因为对金纳米棒表面修饰，可以调控金纳米棒的电荷传输性能，实现对复合物半导体层整体性能的有效提高，利于器件迁移率的提高。优选地，本发明所述配体可以为但不限于不同链长的烷基胺、烷基硫醇、不同取代的苯胺、苯硫醇等中的一种。结合图2所示，金属盐在还原剂和表面稳定剂作用下，合成金纳米棒，接着金纳米棒再在表面稳定剂作用下，合成表面修饰的金纳米棒。所述表面稳定剂（即配体）可以使金纳米棒合成表面修饰的金纳米棒，从而使金纳米棒在溶液中稳定分散。

本发明可以采用液相法合成不同长宽比的金纳米棒，用不同的配体对金纳米棒的表面进行修饰，本发明金纳米棒合成方法简单，制备容易。

S300、在复合物半导体层上沉积源漏电极（源极和漏极）。

上述步骤S300中，通过掩膜版在复合物半导体层两端上依次沉积源极和漏极。其中，所述源极和漏极的材料可以均为金，所述源极和漏极的沟道长度/宽度= 30微米/ 1000微米。

基于上述方法，本发明还提供一种有机场效应晶体管，其中，采用如上任一所述的有机场效应晶体管的制备方法制备而成。

图3为本发明的一种有机场效应晶体管较佳实施例的结构示意图，如图所示，自下而上依次包括基底1、栅极2、绝缘层3、复合物半导体层4、复合物半导体层4两端上依次沉积的源极5和漏极6；其中，所述复合物半导体层4的材料为金纳米棒与P3HT溶液的混合液。本发明有机场效应晶体管具有高的P3HT迁移率，并且其制备工艺简单、成本低廉。

综上所述，本发明提供的一种有机场效应晶体管及其制备方法，本发明通过在P3HT溶液中引入金纳米棒制备有机场效应晶体管，一方面由于金纳米棒的形貌尺寸均一可控，掺杂金纳米棒可以有效的提高P3HT薄膜的结晶度，并优化P3HT分子在P3HT薄膜中的取向。另一方面，通过引入不同配体对金纳米棒的表面进行修饰，可以调控其电荷传输性能，这将有利于有机场效应晶体管迁移率的提高。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。