沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有机电子器件领域，尤其涉及沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法。
【背景技术】
[0002]有机场效应晶体管(Organicfield-effect transistor,简称0FET)，由于其良好的柔韧性、低制造成本，并且在大面积显示、射频识别技术、有机集成电路和传感器等方面具有重要应用，引起了人们的广泛关注和研究。然而，普遍存在于有机电子器件中的一个关键问题是电极和有机半导体界面的高接触电阻。有机电子器件中的接触电阻相比于无机电子器件大得多，这将严重降低载流子的注入效率，导致降低器件的迀移率和开关速度。此夕卜，高接触电阻将阻碍OFET器件尺寸的进一步减小，从而导致其难以在高频领域应用。对于P型OFET，需要高功函数的电极去匹配有机半导体的最高占据分子轨道(Highest OccupiedMolecular Orbital,简称HOMO)。另一方面，一些高功函数的金属电极(例如金)通常是高度极化的，因此在金属/有机界面将产生偶极层，从而导致金属的功函降低，使金属/有机界面能级失配，产生大的空穴注入势皇。因此，在金属/有机界面进行修饰以优化载流子在该界面的注入效率以及进一步提高器件的性能具有重要的意义。
[0003]最近一些研究认为，在金属/有机界面插入一层纳米厚度的五氧化二 f凡(V2O5)可以有效地减小界面接触电阻以及提高空穴注入效率。V2O5具有大的电子亲和能(-6.7 eV)和大的功函(-7 eV)，使其有利于有机电子器件中的空穴注入。尽管很多V2O5薄膜制备方法已经报道过，但是直接在有机材料表面沉积V2O5薄膜依然是一个大的挑战，这将严重阻碍顶接触OFET器件的应用。其中最关键的是V2O5薄膜制备方法与有机材料的兼容性问题。由于有机半导体通常都比较脆弱，无法承受高温并且在氧化性的气氛中其性能很容易急剧衰减，所以很多高温以及具有强氧化性前驱体(如03，氧等离子体)的制备过程无法直接在有机半导体材料上进行。而对于其它一些低温的薄膜沉积技术，也有很多需要注意的地方，比如在磁控溅射和真空蒸镀的过程中，来自靶材的高能量的原子可能会在一定程度上破坏有机薄膜；而在溶液法过程中，溶剂可能会溶解有机半导体或与之发生反应。由于V2O5空穴注入层的厚度只有几个纳米，所以需要一种能精确控制薄膜厚度的制备方法。此外，结晶的有机半导体薄膜通常呈现阶梯状形貌，所以要求沉积在有机层上的V2O5薄膜具有良好的均匀性和保形性。
[0004]原子层沉积(Atomic layer deposit1n，简称ALD)是一种通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应腔体，在基底上进行自限制的表面化学反应而形成沉积薄膜的一种技术。ALD薄膜具有良好的均匀性和保形性，并且可单原子层地精确控制薄膜厚度，所以ALD沉积的高质量VOx薄膜为解决以上问题提供了一种极具潜力的方法。但是，现有技术中的ALD沉积VOx的工艺由于较高的温度(>150°C)或者使用强氧化性的前驱体，不适合直接在有机半导体材料上进行薄膜沉积。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0006]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供沉积氧化物薄膜的方法、有机场效应晶体管及其制备方法，旨在解决现有技术不适合于直接在有机半导体材料上进行薄膜沉积的问题。
[0007]本发明的技术方案如下:
一种利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，包括步骤:
A、将待处理的有机半导体装入气相原子层沉积装置的真空反应腔体；
B、对真空反应腔体进行抽真空，维持真空反应腔体跟外部空气环境的有效隔离，并维持真空反应腔体的内部温度为20?100°C ;
C、向真空反应腔体中通入第一种气相前驱体，使其吸附在材料表面；
D、通入载气将真空反应腔体中多余的第一种气相前驱体清除；
E、向真空反应腔体中通入第二种气相前驱体，使之与吸附在材料表面的第一种气相前驱体反应，形成氧化物薄膜;所述第二种气相前驱体为非氧化性的前驱体；
F、通入载气将真空反应腔体中多余的第二种气相前驱体清除；
重复步骤C至F直到获得设定厚度或结构的氧化物薄膜。
[0008]所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜为 VOx、Mo0x、CuOx、ZnO、T i0x、WOx 或 Ni Ox。
[0009]所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述有机半导体为P型有机半导体或η型有机半导体。
[0010]所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜的厚度为I?5nm。
[0011]所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述氧化物薄膜为VOx，1为2?2.5。
[0012]所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述第一种气相前驱体为V(dma)4，所述第二种气相前驱体为H20。
[0013]所述的利用原子层沉积技术在有机半导体上沉积氧化物薄膜的方法，其中，所述第一种气相前驱体由作为N2载气传输到真空反应腔体中。
[0014]—种有机场效应晶体管的制备方法，其中，包括步骤:
A、清洗衬底；
B、将衬底浸入配制好的OTS溶液中；
C、将经过OTS处理的衬底转移到真空蒸镀腔体内进行有机半导体薄膜沉积；
D、然后在有机半导体薄膜表面利用低温ALD沉积一层氧化物薄膜；
E、最后真空蒸镀源/漏电极。
[0015]所述的有机场效应晶体管的制备方法，其中，在所述步骤E之后还包括:
在所述氧化物薄膜上沉积一层Al2O3钝化层。
[0016]—种有机场效应晶体管，其中，采用如上所述的制备方法制成。
[0017]有益效果:本发明利用原子层沉积技术(ALD)在低温条件下，直接在有机半导体上沉积一层的氧化物薄膜，可作为有机场效应晶体管(OFET)的空穴注入层以提高器件的空穴的注入效率。利用这个上述ALD过程，可以沉积高纯度、平滑、共形性良好以及厚度精确可控的氧化物薄膜。进一步，利用沉积的氧化物薄膜作为空穴注入层可以有效地降低金属/半导体界面的接触电阻，因此可显著地提高了 OFET器件的性能。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中VOx薄膜随H2O剂量的生长速率变化示意图。
[0019]图2为本发明中VOx薄膜随V(dma)4剂量的生长速率变化示意图。
[0020]图3为本发明中VOx薄膜随总生长周期的厚度变化示意图。
[0021 ]图4为本发明中VOx薄膜的高分辨XPS光谱示意图。
[0022]图5为本发明中对VOx薄膜进行Ar+刻蚀后的XPS全谱示意图。
[0023]图6为本发明中在并五苯薄膜上沉积VOx薄膜后的XPS全谱示意图。
[0024]图7为并五苯薄膜的原子力显微镜图像。
[0025]图8为本发明中在并五苯薄膜上沉积VOx薄膜后的原子力显微镜图像。
[0026]图9为本发明中OFET器件