一种低功耗高增益值的反相器及其制备方法与流程

本发明属于有机电子学技术领域，尤其涉及一种低功耗高增益值的反相器及其制备方法。

背景技术：

近年来，人们对便携式、低功耗电子产品的需求不断增加，而大型电子系统随着功能的日益丰富，其功耗也不断增加，因此低功耗电子元件的设计已经成为今后发展的重要方向之一，使用具有低工作低压的电子元件及反相器是实现低功耗电路设计的一种有效手段。

反相器是一种用于驱动电路中将输入信号的相位进行反转的电子器件，传统的互补金属-氧化物-半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，cmos)反相器通常采用性能相当的n型和p型mos晶体管(field-effecttransistors，fets)组成，以有机小分子层作为p型有源层，以氧化物半导体层作为n型有源层。虽然这类型的反相器具有不错的增益值，但其驱动电压很高，一般需要几十伏特，如申请号为cn201710912118.5的专利申请在高达40v的电压下才能够获得85v/v的电压增益，驱动电压极高、能耗大。

技术实现要素：

基于此，本发明提供一种低功耗高增益值的反相器及其制备方法，该反相器可以在低压下进行驱动，且在低压下即可获得很高的增益值。

本发明所提供的低功耗高增益值的反相器包括衬底、第一底电极、第二底电极、绝缘层、修饰层、有源层和顶电极；所述第一底电极和第二底电极设置在所述衬底上并相互分离；所述绝缘层覆盖所述衬底、第一底电极和第二底电极上表面；所述修饰层设置在所述绝缘层上表面；所述有源层包括相互分离的ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜，所述ptcdi-c8薄膜设置在所述修饰层表面并与所述第一底电极相对，所述并五苯薄膜设置在所述修饰层表面并与所述第二底电极相对；所述顶电极设置在所述修饰层表面同时覆盖部分覆盖所述ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜上表面，并穿过所述修饰层和绝缘层与第一底电极、第二底电极连接。

相对于现有技术，本发明以ptcdi-c8薄膜作为n型有源层，以并五苯薄膜作为p型有源层，并将二者分别设置在与第一底电极和第二底电极相对应的位置组成反相器，通过两种电学性能相匹配的n型与p型晶体管的互补作用来降低反相器的功耗并提高其增益值及转换速率。

进一步，所述绝缘层为la2o3薄膜，厚度为20～30nm。

进一步，所述修饰层为pαms薄膜。

进一步，所述ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜厚度相同，均为40～60nm。

进一步，所述底电极和顶电极均为au，厚度均为20～40nm。

本发明还提供上述低功耗高增益值的反相器的制备方法，步骤如下：

1)在衬底上沉积相互分离的第一底电极和第二底电极；

2)旋涂la2o3溶液成膜，得到覆盖所述衬底和第一底电极和第二底电极的la2o3薄膜作为绝缘层；

3)在所述la2o3薄膜上旋涂pαms溶液并进行退火处理得到pαms薄膜作为修饰层；

4)在所述pαms薄膜上与所述第一底电极相对的位置沉积ptcdi-c8薄膜，在所述pαms薄膜上与所述第二底电极相对的位置沉积并五苯薄膜；

5)沉积覆盖pαms薄膜、ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜的顶电极，然后刺穿所述pαms薄膜和la2o3薄膜将所述顶电极与第一底电极、第二底电极连接起来。

进一步，步骤2)所述la2o3溶液浓度为0.05mol/l，所述la2o3薄膜厚度为20～30nm。

进一步，步骤3)所述退火处理条件为在60～120℃下保持5～20min。

进一步，所述ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜均采用热蒸发法沉积得到，其沉积速率为0.02nm/s，沉积厚度为40-60nm，沉积时的衬底温度为50-100℃，气压为5×10^-4～8×10^-4pa。

进一步，所述第一底电极、第二底电极和顶电极均为au，均采用热蒸发法沉积得到，其沉积速率为0.02nm/s，沉积厚度为20～40nm，沉积时的气压为5×10^-4～7×10^-4pa。

附图说明

图1为反相器的剖面结构示意图；

图2为反相器的平面结构示意图；

图3为n型晶体管的转移特性曲线(左图)和输出特性曲线(右图)；

图4为反相器静态电压传输特性曲线；

图5为反相器静态电压传输特性增益值数据图；

图6为反相器动态传输特性测量数据图。

具体实施方式

本发明通过同时使用n型半导体材料ptcdi-c8薄膜和p型半导体材料并五苯薄膜作为有源层，通过两种半导体材料的互补作用来降低反相器的电阻和功耗并提高其增益值。以下通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案。

本发明所述低功耗高增益值的反相器通过以下方法制备得到：

1)在衬底上沉积相互分离的第一底电极和第二底电极。

具体地，将柔性pet衬底裁剪成1.5cm×1.5cm的正方形，依次放入丙酮、异丙醇、去离子水和无水乙醇中进行超声清洗，然后在烘箱中烘干后进行uv/o3活化处理得到处理干净的衬底。接着在6×10^-4pa的气压下以0.02nm/s的速率在处理干净的衬底上沉积两个相互分离的厚40nm的au作为第一底电极和第二底电极。

2)旋涂la2o3溶液成膜，得到覆盖所述衬底和第一底电极和第二底电极的la2o3薄膜作为绝缘层。

具体地，配制摩尔浓度为0.05mol/l的la2o3溶液，在步骤1)得到的样品表面旋涂两层、厚26nm的la2o3薄膜作为绝缘层。

3)在所述la2o3薄膜上旋涂pαms溶液并进行退火处理得到pαms薄膜作为修饰层。

使用0.22μm的滤嘴对pαms溶液进行过滤，然后将过滤后的pαms溶液旋涂在la2o3薄膜表面，接着按照40～80～120℃的顺序进行阶梯退火15min后得到致密的pαms薄膜作为修饰层。

4)在所述pαms薄膜上与所述第一底电极相对的位置沉积ptcdi-c8薄膜，在所述pαms薄膜上与所述第二底电极相对的位置沉积并五苯薄膜。

使用掩模版遮住所述pαms薄膜上与所述第一底电极相对的位置外的部位，在6×10^-4pa真空下以0.02nm/s的速率沉积40nm厚的ptcdi-c8薄膜。然后移动掩模版遮住与所述第二底电极相对的位置外的部位，6×10^-4pa真空下以0.02nm/s的速率沉积40nm厚的并五苯薄膜。

5)沉积覆盖pαms薄膜、ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜的顶电极，然后刺穿所述pαms薄膜和la2o3薄膜将所述顶电极与第一底电极、第二底电极连接起来。

在6×10^-4pa的真空条件下以0.02nm/s的速率在步骤4)得到的样品上沉积40nm厚、同时覆盖pαms薄膜、ptcdi-c8薄膜和并五苯薄膜的au作为顶电极，并使用超声焊线机戳穿pαms薄膜和la2o3薄膜，使用金丝线将所述顶电极与所述第一底电极、第二底电极连接导通。

请参看图1和图2，本发明所述反相器包括pet衬底以及设置在所述pet衬底10上的au底电极20，覆盖所述pet衬底10和au底电极20的la2o3薄膜绝缘层30、覆盖所述la2o3薄膜绝缘层上的pαms薄膜修饰层40、设置在所述pαms薄膜修饰层40上的有缘层50和au顶电极60；其中所述底电极包括第一底电极21和第二底电极22，所述第一底电极21和第二底电极22相互分离；所述有缘层包括相互分离的ptcdi-c8薄膜51和并五苯薄膜52，所述ptcdi-c8薄膜51与所述第一底电极21相对，所述并五苯薄膜52与所述第二底电极22相对；所述au顶电极60通过金丝线穿透所述la2o3薄膜绝缘层和pαms薄膜修饰层同时与所述第一底电极、第二底电极连接。所述pet衬底、第一底电极、la2o3薄膜绝缘层、pαms薄膜修饰层、ptcdi-c8薄膜与顶电极形成一n型晶体管，所述pet衬底、第二底电极、la2o3薄膜绝缘层、pαms薄膜修饰层、并五苯薄膜与顶电极形成一p型晶体管。工作时，n型晶体管的顶电极接地，p型晶体管顶电极接电源电压vdd，在反相器输入端输入电压vin，输出端输出电压为vout。

请参看图3，该图是上述n型晶体管的转移特性曲线(左图)和输出特性曲线(右图)，该图反映，n型晶体管的亚阈值斜率非常接近理论界限值60mv/dec，晶体管开启快，有助于反相器的增益值的提高。

请参看图4，该图是反相器静态电压传输特性曲线。从图4可以看出，在2v的低压下即可驱动反相器。请参看图5，该图是反相器静态电压传输特性增益值数据图。图5进一步反映，本发明的反相器在1v以下低压即可驱动，且在3v以下低压即可获得高达92的增益值。

请参看图6，该图是反相器动态传输特性测量数据图。从图6可以看出，本发明的反相器在动态低压输入下0/1信号转换速度快，且非常稳定，表明所制备的反相器稳定性好、功耗低，在低压下可以很好驱动。

相对于现有技术，本发明同时使用n型半导体材料ptcdi-c8薄膜和p型半导体材料并五苯薄膜作为有源层，分别构成n型晶体管和p型晶体管，并组成反相器。该反相器在1v以下的低压即可很好地驱动，且具有很高的增益值。在动态低压输入下信号转换速度快、稳定性好。

以上所述实施例其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。