一种印刷制作有机场效应晶体管的方法

文档序号:10571585
一种印刷制作有机场效应晶体管的方法
【专利摘要】本发明公开了一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,具体是一种插入离子自组装层作为电极修饰层大幅改善喷墨打印制作有机场效应晶体管(OFET)器件性能的方法。所采用的器件结构是底栅底接触结构:栅极/绝缘层/绝缘层修饰层/源漏电极/电极修饰层/半导体层。其中器件可以在硅片上制备,也可以在柔性基板塑料、相片纸等上制备,源漏电极可以是金、银等材料,半导体层可以是并五苯、聚噻吩(P3HT)、聚噻吩衍生物(PTB7)等。其制备方法可以是喷墨打印、丝网印刷等。本发明的方法,操作简单易行、节省材料、环境友好,并且加入电极修饰层后可以显著降低接触电阻提高器件性能。
【专利说明】
一种印刷制作有机场效应晶体管的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,属于有机电子器件应用领域。
【背景技术】
[0002]在过去半个世纪,微电子技术掀起了人类信息技术的革命,它极大地改变着人们的生活方式和改善人类生活质量。人们无时无刻不感受到微电子给人类社会带来的巨大变化,它已成为蓬勃发展的IT信息产业的核心和基石。
[0003]微图案化加工技术是实现电子器件及其集成加工的必要手段,也是有机电子研究领域的一个热点问题。对于有机场效应晶体管对制造工艺技术的要求,分别考虑到工艺技术的性能、适用性、成本及对环境的友好程度。喷墨技术具有比较全面的性能,它具有良好的图案化成膜能力,工艺简单成本低,适用性强,能精确、定量的将某种溶解的材料沉积到确定位置,且材料的利用率很高,不浪费材料和对环境造成伤害,由于喷墨印刷的这些优势,它被认为是有机薄膜器件制造中代替光刻,实现金属膜的沉积和有源层半导体直接形成图形的技术选择。

【发明内容】

[0004]技术问题:为了克服传统的方法的不足,更好的满足柔性器件的发展,需要采用新的制作工艺制备有机场效应晶体管;同时为了提高器件性能,需要改善源漏电极与半导体层之间的界面接触,降低接触电阻。提供一种印刷制作有机场效应晶体管的方法。
[0005]技术方案:本发明公开了一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,
[0006]采用喷墨打印技术制作有机场效应晶体管,器件结构是底栅底接触结构:栅极/绝缘层/绝缘层修饰层/源漏电极/电极修饰层/半导体层;器件在硅片上制备,或在柔性基板塑料、相片纸上制备。
[0007]所述器件在硅片上制备,其中硅Si是栅极,二氧化硅S12是绝缘层;或在柔性基板聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或相片纸上先打印银电极或蒸镀金电极作为栅极,再打印聚乙烯吡咯烷酮PVP或其他类似材料作为绝缘层,源漏电极、半导体层也采用打印的方法制备。
[0008]采用喷墨打印技术制作有机场效应晶体管的步骤是:栅极和源漏电极打印银Ag墨水作为电极,使用压电式喷墨打印机,设置打印点间距,基板温度打印出均匀的薄膜,打印好的电极进行进行退火处理后;再打印聚乙烯吡咯烷酮PVP或其他类似材料作为绝缘层,配制合适打印浓度使其黏度范围8-20cps;最后打印半导体层P3HT,将P3HT溶于邻二氯苯或氯苯,控制浓度黏度,选取合适的点间距使其能够出墨并打印出良好的薄膜;打印后薄膜在干燥箱中进行退火处理。
[0009]所述的电极修饰层的制作方法是:将(5-溴戊基)三甲基溴化铵(Br(CH2) 5N(CH3)3Br)溶于乙醇,再将电极浸泡,取出吹干即可;加入修饰层后改善源漏电极与半导体层间的接触电阻,从而显著提高器件的性能。
[0010]有益效果:通过喷墨打印,可以实现新颖的可直接图案化的薄膜的制备,并且可以制备出柔性器件。自组装修饰还可以降低Au电极表面的接触电阻从而提高器件的性能。
【附图说明】
[0011]图1为打印制作的OFET器件的电学特性转移曲线图。
[0012]图2为打印制作的OFET器件的电学特性输出曲线图。
[0013]图3是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]具体是一种插入离子自组装层作为电极修饰层改善喷墨打印备有机场效应晶体管(OFET)器件性能的方法。其器件结构是底栅底接触结构:栅极/绝缘层/绝缘层修饰层/源漏电极/电极修饰层/半导体层,其中器件可以在硅片上制备,也可以在柔性基板塑料、相片纸等上制备,源漏电极可以是金、银等材料,半导体层可以是并五苯、聚噻吩(P3HT)、聚噻吩衍生物(PTB7)等。
[0015]其中Ag电极可以通过喷墨打印的方式,改变打印条件,直接图案化打印栅极或源漏电极,然后热台上进行退火处理。
[0016]本发明的喷墨打印的半导体材料如P3HT的制作方法是:P3HT溶于邻二氯苯,浓度4mg/mL,选取合适的点间距40μπι使其能够打印出良好的薄膜;打印后Ρ3ΗΤ薄膜真空70 V退火Ih0
[0017]本发明所述自组装修饰层的制备方法是:Br (CH2) 5N (CH3) 3Br溶于乙醇溶液1mmol,将Au电极浸泡在该溶液中5min后取出并用乙醇冲洗干净吹干。
[0018]实例:
[0019]将硅片或PET分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗干净。在基板表面气相沉积OTS后,使用真空镀膜的方式蒸镀40nm后的Au源漏电极或打印40nm厚的Ag电极,然后采用旋涂与喷墨打印两种方法制备有机半导体P3HT层,对比迀移率旋涂的0.0OlcmVv.S,打印
0.0008cm2/V.S0
[0020]另外蒸镀Au电极后,将电极浸泡在Br(CH2) 5N(CH3) 3Br的1mmo I的乙醇溶液中5min,取出乙醇冲洗后吹干,四探针测试发现处理后Au电极表面方阻由4.7 Ω sq-1降低到3.2Ω sq—1,然后再打印P3HT测试器件性能。
[0021 ]实施方案一:将硅片清洗干净,在硅片上蒸镀40nm金源漏电极,打印半导体层P3HT,浓度4mg/ml,通过改变点间距选取点间距40μπι,在电极沟道上打印出良好的Ρ3ΗΤ薄膜,烘箱Ih,70 0C退火后测试性能。
[0022]实施方案二:硅片上蒸镀金源漏电极,蒸镀好电极后对电极进行处理,将电极浸泡在Br (CH2) 5N (CH3) 3Br的I Ommo I的乙醇溶液中5mi η,取出乙醇冲洗后吹干,再打印半导体层Ρ3ΗΤ,浓度4mg/mL,通过改变点间距选取点间距40μπι,在电极沟道上打印出良好的Ρ3ΗΤ薄膜,烘箱Ih,70 0C退火后测试性能。
[0023]实施方案三:在PET或相片纸上打印Ag墨水做栅极和源漏电极,选取一个喷嘴,点间距40μπι ,150 °C退火Ih,打印PVP绝缘层,浓度为7 % wt,最后打印半导体层P3HT,浓度4mg/mL,通过改变点间距选取点间距40μπι,在电极沟道上打印出良好的Ρ3ΗΤ薄膜,烘箱Ih,70 °C 退火后测试性能。
【主权项】
1.一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,其特征在于:采用喷墨打印技术制作有机场效应晶体管,器件结构是底栅底接触结构:栅极/绝缘层/绝缘层修饰层/源漏电极/电极修饰层/半导体层;器件在硅片上制备,或在柔性基板塑料、相片纸上制备。2.根据权利要求1所述的一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,其特征在于:所述器件在硅片上制备,其中硅Si是栅极,二氧化硅S12是绝缘层;或在柔性基板聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或相片纸上先打印银电极或蒸镀金电极作为栅极,再打印聚乙烯吡咯烷酮PVP或其他类似材料作为绝缘层,源漏电极、半导体层也采用打印的方法制备。3.根据权利要求2所述的一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,其特征在于:采用喷墨打印技术制作有机场效应晶体管的步骤是:栅极和源漏电极打印银Ag墨水作为电极,使用压电式喷墨打印机,设置打印点间距,基板温度打印出均匀的薄膜,打印好的电极进行进行退火处理后;再打印聚乙烯吡咯烷酮PVP或其他类似材料作为绝缘层,配制合适打印浓度使其黏度范围8-20 cps;最后打印半导体层P3HT,将P3HT溶于邻二氯苯或氯苯,控制浓度黏度,选取合适的点间距使其能够出墨并打印出良好的薄膜;打印后薄膜在干燥箱中进行退火处理。4.根据权利要求1所述的一种印刷制作有机场效应晶体管的方法,其特征在于:所述的电极修饰层的制作方法是:将(5-溴戊基)三甲基溴化铵(Br (CH2) sN (CH3) 3Br )溶于乙醇,再将电极浸泡,取出吹干即可;加入修饰层后改善源漏电极与半导体层间的接触电阻,从而显著提高器件的性能。
【文档编号】H01L51/05GK105932156SQ201610286716
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】赖文勇, 黄维, 林燕, 刘城芳
【申请人】南京邮电大学
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