一种同型平面异质结光敏有机场效应管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光敏有机场效应管制造方法，尤其是一种同型平面异质结光敏场效应管的制造，属于固体电子器件技术领域。
【背景技术】
[0002]光敏有机场效应管通常由衬底、栅极、栅介质、光敏有机沟道材料、源极和漏极组成。大部分有机半导体材料属于单载流子传输型，即它对一种载流子的迁移率远远大于对另一种载流子的迁移率。通常电子迁移率远远大于空穴迁移率的材料称为电子传输型材料，简称η-型材料，而空穴迁移率远远大于电子迁移率的材料称为空穴传输型材料，简称P-型材料。在有机半导体中，电子在最低未占据轨道(lowest unoccupied molecularorbital) - (LUMO)上传输，而空穴在最高已占据轨道(highest occupied molecularorbital)-(HOMO)上传输。光敏有机场效应管通常采用底栅顶接触、底栅底接触、顶栅顶接触、顶栅底接触四种结构。在底栅底接触结构中，源漏电极在绝缘层与有机半导体之间，可以通过传统的光刻工艺图形化源漏电极，因此器件沟道长度可以做到I μ m以下。在底栅顶接触结构中，半导体层淀积在绝缘层之上，在半导体层上面再生长金属电极形成源漏接触，顶接触结构的器件由于电极与有机层接触良好，因此具有非常好的性能。在顶栅底接触和顶栅顶接触中，器件栅电极是最后淀积上去的，而有机半导体层被衬底和绝缘层以及电极包裹，器件在空气中非常稳定。
[0003]与无机光敏场效应管相比，光敏有机场效应管具有转换效率高，可以大面积低成本制造等优点。常规结构photOFET的活性层通常采用纯净的P-型或η-型光敏材料、施体-受体平面异质结，或施体-受体体异质结(施体分子与受体分子的混合物)。由于在施体-受体界面会发生从施体分子向受体分子的电荷转移，使得以施体一受体平面异质结(planar hetero junct1n) - (PHJ)和体异质结(bulk hetero junct1n) - (BHJ)为活性层的photOFET具有较高的性能。
[0004]光敏有机场效应管在光照下进行的两个重要的物理过程是光生载流子产生和光生载流子传输。前者要求光敏有机层具有高的吸收系数，而后者则要求光敏有机层具有高的载流子迁移率。在PHJ-photOFET中，大多数情况下施体层(P-型)作为光敏层，而受体层则作为载流子传输层。通常，施体材料为P-型，而受体材料为η-型。因此，施体-受体异质结属于异型异质结。尽管某些特性较好，例如光响应度，但这种结构的photOFET通常稳定性不好。另外，受体材料种类较少，限制了器件设计的灵活性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服以上异型异质结光敏有机场效应管的不足，提出一种以同型异质结为活性层的光敏有机场效应管，以提高光敏有机场效应管的稳定性和器件设计的灵活性。
[0006]本发明的目的是这样实现的:当光敏层材料为P-型时，选用高迁移率P-型材料作为沟道层；而如果光敏层为η-型材料时，选用高迁移率η-型材料作为沟道层。其次，它可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触或顶栅顶接触的结构。依据上述技术思路发明的同型平面异质结光敏有机场效应管包括衬底、栅极、栅介质、有机沟道层、光敏有机层、源极和漏极，其中有机沟道层和光敏有机层为同型有机半导体材料。光敏有机层具有高的光吸收系数，能有效收光能量，产生多的光生载流子。而有机沟道层具有高的载流子迁移率，从而形成大的光电流。
【附图说明】
[0007]图1是光敏有机场效应管基本结构意图(以底棚顶接触结构为例)；
图2是活性层为ρ-ρ同型异质结时本发明示意图(以底栅顶接触结构为例)；
图3是活性层为η-η同型异质结时本发明示意图(以底栅顶接触结构为例)。
【具体实施方式】
[0008]以重掺杂n+-Si/Si02为栅极/栅介质，并兼作衬底，酞菁铅为光敏层，并五苯为沟道层(P-P同型异质结)，采用底栅顶接触的本发明制备过程如下:
a)用标准工艺清洗n+-Si/ S12衬底；
b)用真空蒸发方法在n+-Si/ S12衬底上制备一层并五苯作为P-型有机沟道层；
c)用真空蒸发方法在并五苯上制备酞菁铅为光敏层
d)用真空蒸发方法在其上制备金属薄膜(如Au)作为漏极和源极，沟道长度和电极面积通过掩膜板限定；
e)将制作的器件封装。
【主权项】
1.一种同型平面异质结光敏有机场效应管，其特征在于它由衬底、栅极、栅介质、有机载流子输运层、有机光敏层、源极和漏极组成，且有机载流子输运层和有机光敏层的导电类型相同，形成同型异质结，提高了器件设计的灵活性。
2.权利要求1所述的同型平面异质结光敏有机场效应管，其特征在于，有机载流子输运层一则与栅介质相连，而另一面与同型有机光敏层相连，形成同型平面异质结。
3.权利要求1所述的同型平面异质结光敏有机场效应管，其特征在于，有机光敏层一面与有机载流子输运层相连，并与其形成同型平面异质结，另一面与源极和漏极相连。
4.权利要求1所述的同型平面异质结光敏有机场效应管，其特征在于它可以采用底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触或顶栅顶接触的结构。
【专利摘要】本发明公开了一种同型平面异质结有机光敏场效应管的设计与制备方法。同型平面异质结有机光敏场效应管包括衬底、栅极、栅介质、有机载流子输运层，有机光敏层，漏极和源极。有机光敏层实现产生光生载流子的功能，只要求其具有高的光敏性或光生载流子产生效率，而不要求其具有高的迁移率。有机载流子输运层实现光生载流子的输运功能，只要求其具有高的迁移率，而不要求其具有高的光敏性。这种结构极大地扩大了有机材料的选择范围。一方面提高了光生载流子的产生效率，另一方面提高了有机载流子迁移率。因此本发明能有效提高光敏有机场效应管的性能。
【IPC分类】H01L51-30
【公开号】CN104576927
【申请号】CN201310503428
【发明人】彭应全, 周茂清, 姚博, 郑挺才
【申请人】兰州大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月23日