一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管的制作方法

本发明属于有机半导体器件领域，特别是涉及一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管。

背景技术：

随着人们对有机半导体材料研究的深入，有机半导体已经被广泛应用在各类电子或光电器件上，例如有机发光二极管(OLEDs)，有机太阳能电池，有机场效应晶体管(OFETs)等，与无机材料相比，有机材料在低价、大面积、柔性电路中具有很多固有的优势.例如，其成膜工艺简单，材料种类多，与柔性衬底相容，尺寸小量轻，成本低廉，很容易用旋涂和蘸涂技术进行大面积制备各种柔性器件和电路等.此外，对于有机半导体材料，人们可以通过改变分子结构很容易地实现对器件性能的调控，从而可以根据器件的应用要求来设计有机半导体材料.低成本、大面积柔性显示、柔性传感器等领域的大规模产业化生产，其前景非常广阔。

在高度集成有机光电子学的迫切需求下，发光有机场效应晶体管(OLEFETs)获得人们越来越多的重视，(OLEFETs)是一个新兴的集成多种功能的光电器件，是由OLEDs和OFETs的基本结构结合发展而来的，结合了场效应管的电学控制特性和发光二极管的发光特性。与传统OLED器件相比，OLEFETs的载流子迁移率更高，并且可以有效地降低激子猝灭。从原理上讲，有三个电极的OLEFETs可以更好地控制载流子的的注入，从而提高器件的发光效率及发光强度。根据目前的研究成果可以预见，OLEFETs在简化平板显示像素结构方面有着极其可观的前景，极有可能取代目前OTFT驱动的液晶显示与OLED显示技术，应用于大面积的柔性显示中。另一方面，OLET还可能在集成电路的信号处理以及有机电致激光的研究等方面具有潜在的应用价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管。

本实用新型提供的一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管，其结构如图1所示，包括顶部栅电极(1)、顶部栅绝缘层(2)、场效应半导体层(3)、空穴传输层(4)、发光层(5)、漏电极修饰层(6)、源电极(701)、漏电极(702)、柔性衬底(8)；

其中：源电极、漏电极分别位于柔性衬底之上的两侧，漏电极修饰层覆盖于漏电极之上，源电极和漏电极中间形成沟道；空穴传输层位于衬底和源电极之上，占据柔性衬底一半的表面面积；发光层位于衬底和覆盖有漏电极修饰层的漏电极之上，占据柔性衬底的另一半的表面面积，空穴传输层和发光层边缘相互接触；场效应半导体层、顶部栅绝缘层、顶部栅电极依此叠置于空穴传输层和发光层之上。其中顶部栅电极的材料为银纳米线，顶部栅绝缘层的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，场效应半导体层的材料为并五苯，空穴传输层的材料为NPB，发光层的材料为Alq3，漏电极修饰层的材料为LiF，源电极的材料为金属金，漏电极的材料为金属铝，柔性衬底的材料为苯二甲酸乙二酯。

本实用新型提供的制备上述一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管方法，包括如下步骤：

(1)将柔性衬底分别放入甲醇、去离子水、异丙醇中超声清洗10min，清洗过后用氮气吹干；

(2)在柔性衬底上通过掩膜版制备源电极和漏电极，采用的工艺为真空热蒸发，在制备好的漏电极上再制备一层漏电极修饰层；

(3)在步骤(2)制备好的结构上通过掩膜版制备空穴传输层，通过改变掩膜版位置再制备发光层，采用的工艺均为真空热蒸发；

(4)在步骤(3)制备好的结构上制备一层并五苯，采用的工艺为真空热蒸发，蒸发速率0.4埃/秒，真空腔内压强为5×10^-4帕斯卡；

(5)通过旋涂的方式制备顶部栅绝缘层，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于乙酸乙酯配成4wt％的溶液，搅拌12小时，旋涂在步骤(3)制备好的结构上，转速为1000rpm，时间为30s，将旋涂好的器件放入真空干燥箱中，120℃环境下干燥10h；

(6)将银纳米线加入乙醇溶液中，配置3mg/ml的银纳米线溶液，并超声震荡使银纳米线在无水乙醇中均匀散布，并通过旋涂的方式制备顶部栅电极，旋涂速度为3000rpm，时间50s，旋涂好后的器件放入真空干燥箱中，在160℃环境下退火两小时。

本实用新型的技术分析：

由于NPB的空穴传输性较好，从NPB到并五苯没有空穴势垒，空穴很容易进入并五苯层，然后沿着沟道到漏极，当空穴克服在并五苯和Alq3之间较低的势垒就能在垂直电场下漂移到Alq3膜，在Alq3和并五苯膜之间产生电子和空穴积累，在Alq3层，电子和空穴相遇产生激子，Alq3发光。发光区的位置受载流子复合区限制，受漏电极限制，但是不随栅压和源漏电压改变。相比于并五苯的空穴迁移率，Alq3的电子迁移率较低，而且由于横向电场比垂直电场或一个OLED场低三个数量级，因此，电子和空穴不能在存在并五苯层的情况下在NPB和Alq3层横向传输。器件在施加源漏电压为常数，栅压增加时，电荷密度增加，导致漏电流的增加，更多的空穴到Alq3层和电子复合，导致发光的增强。当源漏电压增加而栅压不变时，由于漏电流增加更多空穴注入到NPB，在并五苯内传输之后进入Alq3，导致更多电子注入，最终更多激子在Alq3层产生，导致发光增强。

【附图说明】

图1为本实用新型提供的一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管的结构示意图。

图中，1为顶部栅电极、2为顶部栅绝缘层、3为场效应半导体层、4为空穴传输层、5为发光层、6为漏电极修饰层、701为源电极、702为漏电极、8为柔性衬底。

图2为本实用新型提供的一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管的发光原理图。

图中，3为场效应半导体层、4为空穴传输层、5为发光层、6为漏电极修饰层、701为源电极、702为漏电极、9为发光区域。

【具体实施方式】

下面结合具体实例对本实用新型作进一步说明。

如图2所示，一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管的发光原理，由于NPB的空穴传输性较好，从NPB到并五苯没有空穴势垒，空穴很容易进入并五苯层，然后沿着沟道到漏极，当空穴克服在并五苯和Alq3之间较低的势垒就能在垂直电场下漂移到Alq3膜，在Alq3和并五苯膜之间产生电子和空穴积累，在Alq3层，电子和空穴相遇产生激子，Alq3发光。

本实施例按照下述步骤制备一种混合沟道的柔性有机发光场效应晶体管：

(1)将柔性衬底分别放入甲醇、去离子水、异丙醇中超声清洗10min，清洗过后用氮气吹干；

(2)在柔性衬底上通过掩膜版制备源电极和漏电极，采用的工艺为真空热蒸发，源电极和漏电极的厚度均为100nm，在制备好的漏电极上再制备一层厚度为1nm的漏电极修饰层，中间沟道长度和宽度分别为0.2mm和10mm；

(3)在步骤(2)制备好的结构上通过掩膜版制备空穴传输层，通过改变掩膜版位置再制备发光层，采用的工艺均为真空热蒸发，空穴传输层和发光层的厚度为125nm；

(4)在步骤(3)制备好的结构上制备一层并五苯，采用的工艺为真空热蒸发，厚度为50nm，蒸发速率0.4埃/秒，真空腔内压强为5×10^-4帕斯卡；

(5)通过旋涂的方式制备顶部栅绝缘层，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于乙酸乙酯配成4wt％的溶液，搅拌12小时，旋涂在步骤(3)制备好的结构上，转速为1000rpm，时间为30s，将旋涂好的器件放入真空干燥箱中，120℃环境下干燥10h，测得厚度为400nm；

(6)将银纳米线加入乙醇溶液中，配置3mg/ml的银纳米线溶液，并超声震荡使银纳米线在无水乙醇中均匀散布，并通过旋涂的方式制备顶部栅电极，旋涂速度为3000rpm，时间50s，旋涂好后的器件放入真空干燥箱中，在160℃环境下退火两小时。