专利名称：采用并五苯作为栅绝缘层钝化的c60有机场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明属于有机电子器件技术领域中的有机场效应晶体管，特别是一种采用并五苯(Pentacene)作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管。
背景技术：
有机场效应晶体管由于具有材料来源广、可与柔性衬底兼容、低温加工、适合大批量生产和低成本等突出特点而受到极大关注。随着技术的日渐成熟，有机场效应晶体管在开关、存储器、智能卡及传感器等诸多领域展示出美好的应用前景。然而，尽管有机场效应晶体管的应用取得了很大进展，但大量研究主要集中在P型有机场效应晶体管上，而对η型有机场效应晶体管的研究报道相对较少。其中主要的原因是η型材料不稳定，对氧气和湿度比较敏感。由于在未来的有机互补电路中要求η型和P型的器件都具备很好的性能。因此，研究一种简单而有效的方法用以提高η型有机场效应晶体管的性能是相当重要的。一般而言，有机场效应晶体管的性能不仅与有源层材料相关，而且界面修饰也起着重要作用。一方面修饰层能减少电荷的俘获，使载流子更容易传输，另一方面，能够有效的改变有源层的形貌和结晶度，从而改善载流子的迁移率。本发明提出一种简单而有效的栅绝缘层钝化方法来改善η型半导体的结晶度，填补栅绝缘层的陷阱，以提高η型有机场效应晶体管的性能。
发明内容本发明目的是克服现有技术存在的不足，提供一种采用并五苯(Pentacene)作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，利用钝化层来提高η型有机场效应晶体管性能，其制备方法工艺简单、易于实施，便于推广应用。。本发明的技术方 案:一种采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，由氧化铟锡(ITO)玻璃衬底兼栅电极、有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)栅绝缘层、有机半导体并五苯(Pentacene)钝化层、η型有机半导体C6tl有源层、Al源电极和Al漏电极叠加组成,其结构表达式为 IT0/PMMA/Pentacene/C60/Al。所述氧化铟锡(ITO)玻璃衬底兼栅电极厚度为0.7nm，方块电阻为10Ω / 口。所述栅有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)栅绝缘层厚度为390nm。所述有机半导体材料并五苯(Pentacene)钝化层的厚度为2nm。所述η型有机半导体C6tl有源层的厚度为40nm，C6(l材料的分子量为720，迁移率为10 3cm2/Vs0所述Al源电极、Al漏电极的厚度均为150nm。一种所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤:I)以厚度为0.7nm的氧化铟锡玻璃为栅电极兼衬底，其表面依次分别用去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗各一次；2)在上述栅电极上利用旋涂甩膜的方法制备厚度为390nm的PMMA栅绝缘层；3)在上述栅绝缘层上采用真空蒸镀法沉积厚度为2nm的并五苯钝化层；4)在上述钝化层上采用真空蒸镀法沉积厚度为40nm的C60有源层；5)采用沟道长80 μ m和宽4_的掩膜版真空蒸镀法沉积厚度均为150nm的铝源电极、招漏电极。本发明的技术分析:该结构有机场效应晶体管采用公知的底栅顶接触水平结构的方案，包括栅电极、栅绝缘层、钝化层、有源层和 源、漏电极，其结构为IT0/PMMA/PentaCene/C60/Al。特别是栅绝缘层采用在PMMA加上并五苯钝化层，一方面用以防止电子俘获，获得更大的电子传输功能，另一方面用以改善有源层的形貌和结晶度，使有源层的晶粒尺寸增大，晶界减少，从而减少陷阱。与未加栅绝缘层钝化的器件相比，可实现更高的载流子迁移率和开关比。本发明的优点和积极效果:以并五苯(Pentacene)作为栅绝缘层/有源层界面钝化的有机场效应晶体管，能够获得更好的半导体形貌，进而达到器件更高的迁移率和更高的开关比；最佳2nm厚度的钝化层可以使器件的源漏输出电流达到4.13X10_4A，场效应迁移率达到l.0lcmVVs，开关比为IO4V ;该方法工艺简单、易于实施，是一种提高η型有机场效应晶体管器件性能的有效方法，便于推广应用。
图1为该有机场效应晶体管结构不意图。图中:1.氧化铟锡(ITO)玻璃衬底兼栅电极2.有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)栅绝缘层3.有机半导体并五苯钝化层4.η型有机半导体C6tl层5.Al源电极6.Al漏电极图2为未加栅绝缘层钝化层的C6tl有机场效应晶体管特性曲线，其中:(a)输出特性曲线，(b)转移特性曲线。图3为并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管特性曲线，其中:(a)输出特性曲线(b)转移特性曲线。
具体实施方式实施例:一种采用并五苯(Pentacene)作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，如附图所示，由氧化铟锡栅电极UPMMA栅绝缘层2、并五苯钝化层3、C60有源层4、A1源电极5和Al漏电极6叠加组成，其结构表达式为IT0/PMMA/Pentacene/C60/Al。所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管的制备，包括以下步骤:I)以氧化铟锡玻璃作为衬底兼栅电极，厚度为0.7nm，方块电阻为10 Ω/ □，在依次经过去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗的衬底表面，利用旋涂甩膜的方法制备PMMA栅绝缘层，设定的转速为低速800转/分，旋转时间为6秒，高速1800转/分，旋转时间为10秒，栅绝缘层薄膜的厚度为390nm，然后将旋涂好的基片放置在氩气保护条件下120°C退火处理2小时；2)在上述PMMA栅绝缘层上采用真空蒸镀法沉积2nm厚的并五苯钝化层，真空度为
2X ICT4Pa ；3)在上述栅绝缘层钝化层上采用真空蒸镀法沉积C60有源层，厚度为40nm，分子量为720，迁移率为l(T3cm2/Vs，真空度为2 X ICT4Pa ；4)采用沟道长度为80 μ m,宽度为4mm的掩膜板真空蒸镀法沉积出150nm厚的铝源电极、铝漏电极，制得并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管。该结构C60有机场效应晶体管的所有测试均在室温和氩气保护条件下进行。图2为未加栅绝缘层钝化层的C6tl有机场效应晶体管特性曲线，图中表明:当栅极电压为60V时，未加栅绝缘层钝化层的器件源漏饱和电流为1.18X10_5A，场效应迁移率为2.13X KT1Cm2/Vs，开关比为103。而在使用了厚度为2nm栅绝缘层钝化后，器件的饱和源漏输出电流明显增加，如图3所示，饱和源漏电流达到4.13X10_4A，场效应迁移率达到l.0lcmVVs，开关比增大到104。实验结果表明:与未经栅绝缘层钝化的器件相比，场效应迁移率提高了 5倍，开关比增加了 一个数量级。
权利要求
1.一种采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，其特征在于:由氧化铟锡(ITO)玻璃衬底兼栅电极、有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)栅绝缘层、有机半导体并五苯(Pentacene)钝化层、η型有机半导体C6tl有源层、Al源电极和Al漏电极叠加组成,其结构表达式为 IT0/PMMA/Pentacene/C60/Al。
2.根据权利要求1所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，其特征在于:所述氧化铟锡(ITO)玻璃衬底兼栅电极的厚度为0.7nm，方块电阻为10Ω/ 口。
3.根据权利要求1所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，其特征在于:所述栅有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)栅绝缘层的厚度为390nm。
4.根据权利要求1所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，其特征在于:所述有机半导体并五苯(Pentacene)钝化层的厚度为2nm。
5.根据权利要求1所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，其特征在于:所述η型有机半导体C6tl有源层的厚度为40nm，C60材料的分子量为720，迁移率为10 3cm2/Vs0
6.根据权利要求1所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，其特征在于:所述Al源电极、Al漏电极的厚度均为150nm。
7.—种如权利要求1所述采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管的制备方法，其特征在于包括以下步骤: O以厚度为0.7nm的氧化铟锡玻璃为栅电极兼衬底，其表面依次分别用去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗各一次； 2)在上述栅电极上利用旋涂甩膜的方法制备厚度为390nmPMMA栅绝缘层； 3)在上述栅绝缘层上采用真空蒸镀法沉积厚度为2nm的并五苯钝化层； 4)在上述钝化层上采用真空蒸镀法沉积厚度为40nm的C60有源层； 5)采用沟道长80μ m和宽4mm的掩膜版真空蒸镀法沉积厚度均为150nm的铝源电极、招漏电极。
全文摘要
一种采用并五苯作为栅绝缘层钝化的C60有机场效应晶体管，由氧化铟锡(ITO)玻璃衬底兼栅电极、有机聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)栅绝缘层、有机半导体并五苯(Pentacene)钝化层、n型有机半导体C60有源层、Al源电极和Al漏电极叠加组成。本发明的优点是以有机半导体材料并五苯超薄层作为绝缘层/有源层界面钝化层的有机场效应晶体管，一方面能减少电荷的俘获，使载流子更容易传输，另一方面，能够有效的改变有源层的形貌和结晶度，提高载流子的迁移率；本发明提供了一种提高n型有机场效应晶体管器件性能的有效方法，该方法工艺简单、易于实施，便于推广应用。
文档编号H01L51/30GK103187529SQ20131009008
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者程晓曼, 梁晓宇, 杜博群, 白潇, 樊建锋 申请人:天津理工大学