一种改善有机薄膜晶体管性能的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到有机场效应晶体管的制备方法，尤其涉及到一种改善有机薄膜晶体 管性能的方法。
【背景技术】
[0002] 无机电子器件问世以后，基于有机半导体的电子器件的应用前景随着时间的推移 而越发广阔，比如有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机光电存储器 等纳米器件。其中，有机场薄膜晶体管，简称organic thin-film transistor (OTFT)，在经 历了多年的调查研宄后，其颇具吸引力的特征逐渐映入大众眼帘。
[0003] OTFT的独特优势在于它可实现大面积机械柔性显示，同时拥有高性能、低功 耗、低成本和易加工等技术特点，作为显示器色彩丰富清晰。如今对于OTFT的追求之 一在于进一步地缩短响应时间提升其性价比，诸多的努力也使得OTFT在环境生物等 领域的传感检测方面有用武之地。比如，Narayan和他的团队最初研宄出的一种基于 poly(3_octylthiophene-2, 5-diyl)的OTFT光传感器，就已经可以获得100的开关电流的 比（K.S.Narayan and N.Kumar, Appl.Phys.Lett. 2001,79,1891-1893).。由此，各国各公 司、高等院校和科研院所开始紧张密集地研宄，以角逐这个行业的龙头老大，争取研发OTFT 应用产品的一席之地。
[0004] OTFT中使用的有机材料基本可分为两类，一是聚合物，比如商业化药品 poly(3_hexylthiophene)，简称P3HT ;另一类则是小分子，典型例子则是并五苯。由于 众多聚合物中强大的键间作用可以大大促进载流子的传输，越来越多的研宄致 力于各种能改善OTFT载流子迀移率、电流开关比、阈值电压和亚阈值摆幅等性能参数的 有机新型功能材料的使用。为了进一步增强OTFT性能，努力工作主要集中在以下几个 方面：（1)研宄探寻合成路线以构建出更利于载流子传输的材料模型，主要用于活性层、 介电层和部分修饰层材料材料。（2)与传统的涂膜技术相比较，溶液法等新型途径获得 的有机薄膜在大面积、低成本的OTFT器件制备技术中更有潜在优势。甚至在2014年， S. Tiwari等人发现悬浮膜转移法获得的OTFT电学性能比旋涂膜法制备的器件效果更佳 (S. Tiwari, ff. Takashima, S. Nagamatsu, S. K. Balasubramanian, and R. Prakash, J. Appl. Phys. 2014, 116, 094306)。（3)由于载流子流经的活性层与介电层的距离仅为几个分子的 厚度，所以半导体和介电层的界面效应成为改善OTFT性能的重要方式之一，通过适当的界 面修饰或自组装处理可以显著提升其载流子迀移率（X. Zhao, Q. Tang, H. Tian, Y. Tong, and Y. Liu, Org. Electron. 2015, 16, 171-176)。（4)此外，越来越多的小组开始在活性层中掺杂 各种有机分子，以此进一步增强其导电性。不同有机材料的掺杂浓度会导致OTFT活性层 表面形貌的变化，部分还会由于结晶度的差异影响其性能（H. Kleemann, C. Schuenemann, A. A. Zakhidov, M. Riede, B. LUssem, and K. Leo, Org. Electron. 2012, 13, 58-65) 〇
[0005] 虽然我国的科研水平与发达国家几乎同步，但是OTFT经典活性层材料的单一使 用使得性价比无法进一步提升，导致基于OTFT器件的产业化生产应用明显不足。
[0006] 但是现有技术存在的问题有：（1)传统经典材料的频繁使用致使制备成本过高； (2)制备OTFT工艺手段较为复杂；（3)传统器件能耗太大等。
【发明内容】
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种在新型低聚材料中掺杂聚合物改善有机 薄膜晶体管性能的方法，其技术方案如下：
[0008] -种改善有机薄膜晶体管性能的方法，其步骤如下：
[0009] 步骤一：将单面带有厚度为300nm二氧化硅的P型掺杂硅片压在无尘纸上，沿刻度 标尺用金刚石尖刀拉划切割成小片；
[0010] 步骤二：将经过步骤一处理的硅片依次经去离子水清洗10分钟、丙酮清洗20分 钟、乙醇清洗15分钟，在80°C下烘30分钟后取出；
[0011] 步骤三：将经过步骤二处理的硅片置于培养皿中放入真空干燥箱，在培养皿中硅 片旁用毛细吸管滴入一滴0TS，在120°C下烘3小时后取出。
[0012] 步骤四：将经过步骤三处理的硅片转移到惰性气体手套箱，旋涂上OTFT新型活性 层材料BFTII和经典材料P3HT的混合溶液，热退火，BFTII的分子结构如下：
[0013]
[0014] 步骤五：热退火处理后转移到真空腔室，装好金属掩模板，真空沉积一层金电极。
[0015] 步骤六：电极蒸镀完毕后，用测试台和Keithley源表对制得的OTFT进行电学性能 测试。
[0016] 步骤七：涂紫外固化胶、盖上玻璃片、紫外固化，封装完毕。
[0017] 所述步骤一中单个娃片切割尺寸为I. 6cmX I. 4cm。
[0018] 所述步骤四中将P3HT掺入BFTII用氯仿做溶剂配成溶液的浓度为4mg/mL，P3HT 占溶质的质量百分比从〇 %开始每10 %增加一次进行比较。
[0019] 所述步骤四中旋涂转速为3000r/min，持续时间30秒，厚度为60nm。
[0020] 所述步骤四中热退火为130°C真空退火10分钟。
[0021] 所述步骤五中金属掩膜板的沟道长为80 ym，沟道宽为8800 ym。
[0022] 所述步骤五中电极的沉积速度为I A/s。
[0023] 本发明制造成本低，工艺简单，通过在新型低聚OTFT活性层材料中掺杂聚合物和 热退火方法，即可使得OTFT在保持较低阈值电压的条件下，载流子迀移率提升两个以上数 量级，开关比也能上升一个数量级，适于大规模产业化应用。
【附图说明】
[0024] 图1制得的OTFT结构示意图。
[0025] 图2 BFTII活性层在不同P3HT掺杂浓度下的X射线衍射图谱。
[0026] 图3纯BFTII活性层的原子力显微图像。
[0027] 图4 BFTII活性层在10% P3HT掺杂浓度下的原子力显微图像。
[0028] 图5 BFTII活性层在20% P3HT掺杂浓度下的原子力显微图像。
[0029] 图6 BFTII活性层在30% P3HT掺杂浓度下的原子力显微图像。
[0030] 图7 BFTII活性层在40% P3HT掺杂浓度下的原子力显微图像。
[0031] 图8制得的性能最佳OTFT器件为P3HT在活性层中掺杂浓度20%时的转移特性曲 线。
[0032] 图9制得的性能最佳OTFT器件为P3HT在活性层中掺杂浓度20%时的输出特性曲 线。
[0033] 图10 OTFT载流子迀移率在不同P3HT掺杂浓度下的比较。
[0034] 图11 OTFT电流开关比在不同P3HT掺杂浓度下的比较。
[0035] 图12 OTFT阈值电压在不同P3HT掺杂浓度下的比较。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图，对本发