一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法

1.本发明属于有机薄膜晶体管器件领域，具体涉及一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法。


背景技术：

2.有机薄膜晶体管的载流子迁移率与有机半导体薄膜的形貌密切相关。对于有机半导体材料形貌，一般有无定型，多晶，单晶及纳米线晶体。有机半导体内分子的π
‑
π堆积使载流子在聚合物或小分子内离域。对于长程有序的材料(比如单晶或多晶)，分子间离域的距离比较长，结晶度低或无定型材料离域长度较短，因为后者在晶界处载流子是高度定域的，需要通过热激活从一个分子跳跃到另一个分子。这就需要有机材料高度的结晶才能获得高的载流子迁移率。要获得高度结晶的有机半导体薄膜主要有两种工艺，一种是薄膜沉积过程中晶化处理，另一种是薄膜沉积后晶化处理。后者也叫后退火处理，主要方法是通过热退火处理、真空退火处理、气体退火处理以及溶剂蒸气退火处理(solventvapor annealing,sva)。
3.溶剂蒸气退火处理的主要作用是能够促使有机材料分子的重新排列，薄膜的产生结晶或相分离，改变有机薄膜表面形貌，进而影响载流子在有机薄膜内的传输特性，提高器件的性能。溶剂蒸气退火处理是一个复杂的过程，其结果依赖于溶剂分子、有机分子以及衬底之间的相互作用。一方面，当溶剂分子与有机分子的相互作用较强时，有机分子的分子链会松弛发生重排。另一方面，如果溶剂分子与有机分子的相互作用较弱时，溶剂蒸气退火处理对有机分子的重新排列作用就较弱。de luca等人报道了采用不同溶剂蒸气热处理有机聚合物薄膜，研究了溶剂分子极性和溶解性对聚合物薄膜分子排列的影响。
4.在有机共轭聚合物体系中，sirringhaus首先报道了溶剂干燥时间对共轭聚合物结晶性的影响，在poly(3
‑
hexylthiophene)(p3ht)溶液中加入高沸点的 1,2,5
‑
trichlorobenzene(tcb)溶剂，得到的otft器件载流子迁移率为0.12 cm2v
‑1s
‑1，这是由于在p3ht溶液中加入高沸点的1,2,4
‑
三氯苯 (1,2,4
‑
trichlorobenzene)旋涂成膜后，具有较好的结晶性。但是不同溶剂不同温度对结晶的效果也大有不同，对于otft器件载流子迁移率的影响也不同。如何进一步提高otft器件薄膜结晶性和载流子迁移率有待研究。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法。
6.本发明从有机半导体材料在溶剂中的溶解性出发，研究发现不同溶剂蒸气退火处理对otft器件载流子迁移率的影响不同，其中溶剂为甲醇、二甲苯、氯苯。
7.本发明目的通过以下技术方案实现：
8.一种溶剂蒸气热处理提高有机薄膜晶体管器件载流子迁移率的方法，包括以下步
骤：
9.先在衬底上制备源漏电极，然后通过旋涂方法制备有源层，将有源层置于溶剂蒸汽环境中80～200℃热退火处理0.5～3小时，在处理后的有源层上依次制备绝缘层和栅极。
10.所述有机薄膜晶体管器件的结构自下而上依次为衬底、源漏电极、有源层、绝缘层和栅极。
11.优选地，所述有源层材料为有机半导体材料poly[4
‑
(4,4
‑
dihexadecyl
[0012]
‑
4hcyclopenta[1,2
‑
b:5,4
‑
b
′
]dithiophen
‑2‑
yl)
‑
alt
‑
[1,2,5]thiadiazolo
‑
[3,4
‑
c]pyridine] (pcdtpt)，其厚度为40～150nm。
[0013]
优选地，所述溶剂为甲醇、二甲苯和氯苯中的至少一种。
[0014]
优选地，所述衬底为玻璃衬底；所述源漏电极的材料为金，其厚度为 30～100nm。
[0015]
优选地，所述绝缘层的材料为pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)，厚度为 400～600nm。
[0016]
优选地，所述栅极材料为铝，其厚度为60～200nm。
[0017]
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0018]
本发明提出的顶栅底接触的器件结构，从有机半导体材料分子与溶剂分子相互作用强弱出发，研究了溶剂蒸气退火处理对otft器件载流子迁移率的影响，溶剂分别为甲醇、二甲苯、氯苯，随着溶剂分子与pcdtpt分子间相互作用力的增强，蒸气热处理后其表面粗糙度逐渐增大，说明溶剂蒸气热处理时 pcdtpt分子链发生了松弛重排，导致表面更加粗糙。当在氯苯蒸气中140℃退火处理1个小时，otft器件的载流子迁移率最高，主要是由于该溶剂分子与有机材料pcdtpt分子的相互作用最强，有机材料分子的分子链松弛发生了自组装，排列更加有序，导致其迁移率提高，另外此法简单实用，操作方便。本发明为提高otft器件载流子迁移率提供了一种新的后处理工艺。
附图说明
[0019]
图1为本发明的蒸气热处理示意图。
具体实施方式
[0020]
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0021]
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0022]
实施例1
[0023]
本发明所述有机薄膜晶体管器件的结构自下而上依次为衬底、源漏电极、有源层、绝缘层和栅极。
[0024]
本实验设计了顶栅底接触的器件结构，首先在清洗干净的玻璃衬底上通过掩膜真空蒸镀一层40nm后的金源漏电极，然后旋涂有源层材料pcdtpt(溶剂为氯苯，浓度是5mg/ml)，厚度为60nm，再进行不同环境中热退火处理，然后旋涂绝缘层材料pmma，厚度是450nm，最后用掩膜工艺蒸镀一层100nm的铝栅极；
[0025]
其中不同环境中热退火处理条件分别如下：
[0026]
器件1：既不加热处理也不进行溶剂蒸气处理器件，即有源层无任何处理；
[0027]
器件2：氮气中140℃热处理1个小时；
[0028]
器件3：甲醇蒸气中140℃热处理1个小时；
[0029]
器件4：二甲苯蒸气中140℃度热处理1个小时；
[0030]
器件5：氯苯蒸气中140℃热处理1个小时。
[0031]
实施例1不同处理方式所得器件有源层的表面粗糙度如下表1以及器件的载流子迁移率如表2所示。
[0032]
表1有源层的表面粗糙度
[0033][0034]
表2器件的载流子迁移率
[0035][0036]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。