专利名称：高放大倍率的有机垂直型晶体管的制作方法
高放大倍率的有机垂翻晶赠
技术领域：
本发明属于有机薄膜晶体管技术领域，特别涉及一种具有高方夂大倍率的基于有 机半导,料的垂M晶体管。
背景M有机薄膜晶体管(OTFT)的发现[l， 2]吸引了学术界相当大的关注，这是因为 OTFT具有M轻、体积小、财低、取材范围广等诸多优点[3-7]。这些年来OTFT，尤其是有机 场效应晶体管(OFET)得到了广泛的研究[8]。然而，与其无丰;W应物相比，OFET的性能仍然较 差。有t服料的载流Ta移率通常不大于lcm2V-lS-l ， [9,10]与无机半导糊料相比i^[值低得 多。因此，OFET的输出电、M常很低d为微安数敏)，而虹作腿较高(可高达100伏)。
为提高OFET的性能，通常需要斷氏沟道长度或增加OFET的栅,缘体的介电常数。然而， 进一步斷氐沟道长度需要采用高财的光刻技术，这与有机薄膜晶体管赫低的初衷是相悖的； 同时，高介电常数的绝缘栅极材料种类有限。因此，人们研究并赚了垂直结构的有机薄膜晶体 管，在这种结构中沟道长度通常被认为是有机物薄膜的厚度，因此沟道长度可以减小至亚 甚 至纳米IM。该结构不仅M^于OFET领域，同时也棚于非场5她的OTFT中。按工作原 理不同，非场$娘的OTFT主要包括空间电荷限制、[ll]热载流子、[12]金属基区[13]和可、難区[14] ^M。由于沟道长度的大大减小，垂直结构的有机薄膜晶体管表现出高电流调制、高增益、高 开关比和低操作腿靴点。尽管人们对垂直结构的有机薄膜晶体管的微1X很几制还尚不明确， 但由于战诸多优点，垂直结构的有机薄膜晶赠具有很好的^M前景。
本发明以上所涉及的公开文献和其他参考材f細述了本发明的背景技术，^M^了关于其实 验的附加细节，为了方便，将参考材料舰数字来弓间并组合在本说明书后所附的文献目录中。
发明内容本发明的目的在于l^共一种具有高放大倍率且制备割牛要求宽松的基于有机半 导^M料的垂M晶体管及其制备方法。
本发明提供的高放大倍率的有机垂直型晶体管，包括衬底，依次位于戶舰衬底上的集电极、
第一有机半导体层、共享公共，^^及、第二有机半导体层和金属发射极；戶;f述的衬底为自或 绝缘柔性材料，集电极为鍋或rro mit层，第一有机半导体层和第二有机半导体层分别为一种 或一种以上有机半导,料薄MM组成，第一有机半导体层和第二有机半导体层可以相同也可以 不同。
所述的集电极为采用真空蒸镀方法沉积在衬底材料上的金属材料层，沉积厚度为
30nm-100nm;或为， 方法沉积在衬底材料上的1T0 层，沉积厚度为100-200nm。
所述的第一有机半导体层和第二有机半导体层采用真空蒸镀方法分别沉积在金属基极的两
侧，沉积厚度为30nm國150nm。
皿的第一有机半导体层和第二有机半导体层采用的有机半导，料为CuPC 、 Pentacene、2-Amino-4-phenylpheno1 、 a陽NPB (N,N， -Bis(naphthalene-l-yl)-N，N， -Bis(phenyl)-benzidine)或 m-MTDATA (4,4， ,4" -Tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine)。
m的^jl掛5^用真空蒸镀方法沉积在第一有机半导体层上并延伸至衬皿料上，沉积厚 度为30nm-100nm，衬底材料Jl^SSI及的延伸部分用于弓l出测量导线；戶脱的鍋鄉丰5^用真 空蒸镀方法沉积在第二有机半导体层上并延伸至衬底材料上，沉积厚度为30nm-100nm，衬底材料 il^a激极的延伸部分用于弓I出测量导线。
^f^衬底的鹏或绝缘柔性材料依次用乙醇、丙酮超声清洗，去离子7jC冲洗，经氮气吹干和 烘箱内120。C、 30min烘干，用^U备器件。
集电极可翻rro或金、银、铝、铜、钶^M材料，對及和^IW及可采用金、银、铝、铜、
转^M材料。基底为鹏或绝缘柔性衬底。对于每一具体实施例，战材料的选取以及蒸镀参
数(包括蒸aii斜n沉积厚度)^K1实验择优确定的，这些参数的确定对于本领,术人员不
存在技术上的鹏，故舰不做详细描述，详见具体^ 式。
ffl3lKeithley2400 Sourcemeter和Keilhley 485 Picoammeter测量样品的电流-电压(I-V)特性曲线, 由此获得的器件性能，主要为静态放絲数(P )，测*1徵测量结果##具体 ^式。 本发明的优点和积极鄉
本发明的有机垂直型晶体管采用热蒸镀方法制备，舰改棘机半导糊料的类舰厚度和
选^F同类M&厚度的Sl^il， 得高放大倍率的有机晶,。
图l为鄉例l、 ^ffi例2、鄉例3中器件结构的断面示意图，图中，l衬底，2集电极，3 第一有机半导体层，4鍋,，5第二有机半导体层，6金属娜及；
图2为鄉例4、鄉例5中器件结构的断面示意图，图中，l衬底，2集电极，3第一有机 半导体层，4^MSfe 5第二有机半导体层，6^iimtt及；
图3a和3b分别为^M例1中器件的输出电流-电压特性曲线和与其对应的St及电流随集电极 腿变化曲线；
图4a和4b分别为实施例2中器件的输出电流-电压特性曲线和与其对应的SI及电流随集电极 ftffi变化曲线；
图5a和5b分别为^SS例3中器件的输出电流-电压特性曲鄉与其对应的am电流随集电极 腿变化曲线；
图6a和6b分别为鄉例4中器件的输出电流-电压特性曲线和与其对应的翻电流随集电极 腿变化曲线；
图7a和7b分别为实施例5中器件的输出电流-电压特性曲线和与其对应的基极电流随集电极 腿变化曲线。具体实m^
如图i所示，将一土央沉积有rro ^m层的玻璃i (面电阻为60 q/口)经化学腐,成条形rro
电极(作为集电极2)，依次用丙酮、乙醇和去离子7杈 声波环境中清洗；然后用氮气吹干，在 烘箱中(12(TC， 30min)烘干，备用。
将清軒净的rro鹏置于真魏统，将真顿抽到3xi0—卞a，首先沉积cupc (第一有机
半导体层3)，沉积厚度为15一蒸^ijg为lA/s。其次沉积在作为^JlSa4， 、Kf只厚度为50nrr^ 蒸皿度为1 A/s。然后依次沉积a -NPB和CuPC，沉积厚度分别为35nm和50ran，蒸mg均为 lA/s， a-NPB和CuPC构成的)KMW机薄膜作为第二有机半导体层5。最后沉积產作为^|#及6，
沉积厚度为50m^蒸;SM为iA/s 。器件的有效面积为rro集电极，金SI及和^lt极的M面
积，该面积为2腿2。
器件的输出电流-^ffi特性测i^用Keilhley 2400 Sourcemeter和Keithley 485 Picoammeter。采
用共aiW及电路，发射极(金)作为公共端，集电极(rro)和基极(金)施加负偏压；基极(金)
施加恒定负偏压(Vb)，澳!l量中给值分别为O， 1.5， 3.0， 4.5， 6.0， 8.0， 10V;对每一恒定S^及偏压，
集电极(rro) mffi(Vc)扫描范围均为0 15v。
根据测量得至啲输出电流-Efeffi特性，可以计^l件的静态放大系数(e )，依据的理论公式为
—Ic/(Ib-IL)，其中Ic为Ji^给定的某一不为零的基极偏压(Vb)下，集电极电流；Ib为对应Sm 偏压(Vb)下的S^及电流；IL为Sm偏压(Vb)为零时，集电极的漏电流。
e随s^及偏压、集电极偏压变化；在本例中，e的最大tt^27。
实施例2、
另需制作蒸^^栅极的掩丰鎌。在铝合金平feJt开孔，尺寸为2X30mm，沿与所开孔的縱 平行的方向布ai:径为40um的鍋丝2根，鍋丝的间距为0.4mm服于开孔的中央。^t模 板用于蒸^^栅极以取代实施例1中的金SI及，参见图1。
^t及的给定極为W^2，4，6,8,10V;集电极电压扫描范围为Vci 20V。在本例中，P的最 大戯59。
其^也均与实施例丄相同。
实施例3、
以有机物m-MTDATA (4,4， ，4" -Tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine)替换 ^ffi例l中的a-NPB，沉积厚度为35nm，蒸mS为lA/s，参见图l。
S^及的给定腿为Vb^,0.5，1.0，1.52.0,2.5,3.0,3.5V;集电极电压扫描范围为Vc=0 5V。在本例 中，e的最大歡58。
其ffe均与实;^例1相同。实施例4、
如图2^，将一i央表面粗f艘很低的，盖玻片l，依次用丙酮、乙醇和去离子水^S声波 环境中清洗；然后用氮气吹干，在烘箱中(120°C， 30min)烘干。
将清 净的盖玻片置于真空系统，将真，抽到3X10—3pa，依次沉积M电极2，厚度为 40nm，蒸魏度为2A/s;并五苯(pentacene，第一有机半导体层3)， 60ra^ lA/s;韩^J1SI及4， 70nm^2A/s;并五苯(pentacene，第二有机半导体层5)， 120nrn^ lA/s; ^M极6， 40nn^2A/s 。 器件的有效面积为集电极(金)，基极(钙)和皿极(金)的交叉面积，该面积为2mm2。
基极的给定电压为Vb=0,0.5,0.7，0.9V;集电极^JE扫描范围为Vc=0 lV。在本例中，e的最 大働1036。
其他均与^ffi例l相同。
实施例5、
以有机物2-舅基斗苯基苯酚(2-Amino4-phenylpheno1)代替实施例4中的并五苯(pentacene); 依7欠沉积M电极，厚度为4(ta蒸;^g为lA/s; 2-Amino4"phenylphenol,60nnUA/s;转^M基 极，70ra^2A/s; 2-Amino4陽phenylphenol,100nnUA/s; ^!t极，40nm^ lA/s ,参见图2。
St及的给定腿为VIH),5,10，15V;集电极电压扫描范围为Vc=0 3.5V。在本例中，e的最大 働110。
其他均与实施例4相同。
錄目录
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12YU"Chiang Chao， Syuan-Ling Yang^ and Hsin-Fei Meng^ Appl. Phys. Lett 87， 253508(2005).
13Shin-ya Fujimoto, Ken-ichi Nakayama^ and Masaaki Y0k0yam4 Appl. Phys. Lett 87， 133503(2005).
14Mingdong Yi^ Jinying Huangj Dongge Ma^ and Ivo A. HOmmelgen^ Appl. Phys. Lett 87， 133503(2005).
权利要求
1、一种高放大倍率的有机垂直型晶体管，包括衬底，依次位于所述衬底上的集电极、第一有机半导体层、共享公共金属基极、第二有机半导体层和金属发射极；所述的衬底为玻璃或绝缘柔性材料，集电极为金属或ITO溅射层，第一有机半导体层和第二有机半导体层分别为一种或一种以上有机半导体材料薄膜层组成，第一有机半导体层和第二有机半导体层可以相同也可以不同。
2、 根据权利要求i所述的高放大倍率的有机垂直型晶体管，，征在于所述的集电极为采用真空蒸镀方法沉积在衬底材料上的^M材料层，沉积厚度为30nm-100nm;或为， 方法沉 积在衬底材料上的rroMlt层，沉积厚度为100-200nm。
3、 根据权利要求2戶，的高放;M咅率的^rtl^M晶,，，'征在于皿的集电t^5用 的鍋为金、银、铝、铜或铐。
4、 ,权利要求1戶腿的高放大倍率的有机垂M晶体管，，征在于戶腿的第一有机半 导体层和第二有机半导体层采用真空蒸镀方法分别沉积在金属基极的两侧，沉积厚度为 30nm-150nm。
5、 根据权利要求1或4戶腿的高放大倍率的有机垂M晶体管，，征在于戶诚的第一有 机半导体层和第二有机半导体层采用的有机半导体材料为CuPC 、 Pentacene、 2-AminO"4-phenylpheno1 、 a-NPB (NW -Bis(naphlhalene國l匿yl)"N，N， -Bis(phenyl)-benzidine)或 m-MTDATA (4,4， ，4" -Tris(N-3-methylphenyl-N-phenylamino)triphenylamine)。
6、 根据权利要求1戶/f^的高放大倍率的有机垂M晶体管，欺争征在于0M的^iSSIM 用真空蒸镀方法沉积在第一有机半导体层上并延伸至衬底材料上，沉积厚度为30nm-100nm，衬底 材料±^属^=及的延伸部分用于弓1出测量导线；,的^M皿fS^用真空蒸镀方法沉积在第二 有机半导体层上并延伸至衬底材料上，沉积厚度为30nm-100nm，衬底材料i^il鄉极的延伸部 分用于引出测量导线。
7、 根据权利要求1或6戶皿的高放大倍率的有机垂SM晶体管，，征在于0M的^M基极和鍋ai^s^ffl的鍋为金、银、铝、铜或转。
8、 根据权利要求i皿的高放大倍率的有机垂m晶体管，，征在于,衬底的玻璃或绝缘柔性材料依7細乙醇、丽超声清洗，去离子7jC冲洗，经氮气吹干和烘箱内120°C、 30min烘 干，用 备器件。
全文摘要
本发明公开了一种基于有机半导体材料的高放大倍率的垂直型晶体管。该有机晶体管包括玻璃衬底(或绝缘柔性衬底)1、集电极2(金属或ITO溅射层)、第一有机半导体层3(可以为若干种有机半导体材料薄膜层组成)、金属基极4、第二有机半导体层5(可以为若干种有机半导体材料薄膜层组成)和金属发射极6，器件结构参看摘要附图，该图以实施例1为例，本发明中其他器件结构详见具体实施方式
及说明书附图。本发明的有机垂直型晶体管采用热蒸镀方法制备，通过改变有机半导体材料的类型及厚度和选择不同类型及厚度的基极金属，可获得高放大倍率的有机晶体管。
文档编号C23C14/24GK101533893SQ20091006856
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者华玉林, 印寿根, 吴晓明, 恺 赵, 邓家春 申请人:天津理工大学