一种柔性低电压有机场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种柔性低电压有机场效应晶体管及其制备方法，具体设及采用=层 绝缘层制备柔性低电压有机场效应晶体管方法。
【背景技术】
[0002] 柔性有机场效应晶体管由于成本低廉、材料来源广泛、可低溫大面积制备等优点， 可广泛运用于射频标签、柔性显示、大面积传感器阵列和大规模集成电路等。柔性有机场效 应晶体管具有可折叠、质量轻、成本低等优点，因此在低功耗和便携性电子等方面具有广阔 的应用前景。但是由于大多数的柔性器件操作电压过高，照成实际电路的功耗较大，因此难 W大规模应用。为了减小柔性有机场效应晶体管的操作电压W及提高器件的迁移率，许多 课题组进行了大量的研究。
[0003] 柔性低电压有机场效应晶体管的绝缘层不仅要求较高的绝缘性W阻止栅电极与 半导体沟道间的电荷泄露，还要求可实现较大的迁移率和晶体管的低电压操作。由于柔性 晶体管的特点，一般还要求绝缘层能够在机械变形时能够保持稳定。目前柔性低电压有机 场效应晶体管常用的聚合物材料包括：无机金属氧化物材料、聚合物绝缘材料、自组装绝 缘材料和复合杂化绝缘材料。由于聚合物绝缘材料和柔性衬底具有良好的兼容性，因此 被广泛运用于柔性有机场效应晶体管中，包括：聚乙締化咯烧酬（PVP)、聚甲基丙締酸甲醋 (PMMA)和聚乙締醇（PVA)等。其中交联聚合物是一种良好的聚合物绝缘层，但是交联聚合 物作为栅绝缘层的主要限制因素为：较高的反应溫度使得制备过程难W和柔性衬底兼容， 交联聚合物需要使用交联剂，交联剂一般容易受溫度和水气的影响，从而影响器件的性能。 2002 年，Kla址课题组化1日址 H,化Iik M, Zschieschang U，Schmid G, Radl化 W, Weber W，J. Appl. Phys. 2002,92, 5259)首次发现并报道了交联聚合物PVP作为一种极佳的聚合物 绝缘层。但之后的很长一段时间没有引起人们的广泛关注。2009年，Bao等人采用聚乙締 化咯烧酬（PV巧与HAD交联，制备出了光滑无孔绝缘层薄膜，在此基础上实现了柔性低电 压操作的有机场效应晶体管，器件并具有较高的迁移率及较大的开关比。但由于聚乙締化 咯烧酬（PV巧材料存在径基官能团，容易吸收空气中的水分，因此器件电学性能具有明显 的回滞曲线，照成器件性能的不理想。2013年Bao的课题组改良了交联方法（Wang C，Lee W Y,化kajima R, Chem. Mater.，2013, 25 (23)，4806.)。采用硫醇稀法处理聚乙締化咯烧酬 (PVP)，去除材料表面的径基基团从而隔离了水分和氧气对于绝缘层的影响。采用运种方法 处理后的绝缘层制备的器件消除了回滞曲线，但是器件的迁移率却下降了。
[0004] 目前，人们对于柔性低电压有机场效应晶体管的性能提出更高的要求，包括：较高 的空穴迁移率，较大的开关比，较低的阔值电压，无回滞现象，在空气中能够长时间保持稳 定。目前采用的交联聚合物制备绝缘层的方法存在反应溫度较高、制备方法复杂和难W同 时实现高迁移率和无回滞曲线等性能。
【发明内容】
阳〇化]发明目的：为了发挥交联聚合物绝缘层的优势，同时解决聚合物不稳定的问题，审U 备出在迁移率、稳定性、偏压效应等电学特性有突破的有机场效应晶体管。
【发明内容】
[0006] ：本发明提供一种柔性低电压有机场效应晶体管制备方法。采用=层聚 合物作为绝缘层，促进上层半导体粒子生长，提高有机场效应晶体管的电学性质，包括迁移 率、偏压稳定、热稳定性、弯曲稳定性。
[0007] 本发明的目的通过W下技术方案实现。
[0008] 一种柔性低电压有机场效应晶体管，包括源漏电极、半导体层、绝缘层，所述绝缘 层为从上到下依次有高绝缘性聚合物层、高介电常数材料聚合物层和高绝缘性聚合物层。
[0009] 优选地，所述高绝缘性聚合物层中高绝缘性聚合物为聚甲基丙締酸甲醋。
[0010] 优选地，所述高介电常数材料聚合物层中高介电常数材料聚合物为聚乙締化咯烧 酬。
[0011] 优选地，所述高绝缘性聚合物层中高绝缘性聚合物为聚甲基丙締酸甲醋。
[0012] 优选地，所述高绝缘性聚合物与高介电常数材料聚合物和高绝缘性聚合物依次旋 涂于所述绝缘层。
[0013] 上述有机场效应晶体管的制备方法，包括如下步骤：
[0014] (1)配置高绝缘性聚合物溶液，高绝缘性聚合物，溶于乙酸乙醋；
[0015](2)配置交联高介电常数材料聚合物溶液：采用酸酢类化合物作交联剂，选用高 溶解度含醋溶剂，选用基于该聚合物单体的有机碱做催化剂；
[0016] 做选择150μm塑料阳T衬底作为基化清洗干净基片后烘干；
[0017] (4)在干净的基片表面上蒸锻300纳米厚的侣电极 阳01引 妨旋涂步骤（1)配置好的高绝缘性聚合物溶液，厚度为40-50nm ;然后在其上旋 涂交联高介电常数材料聚合物溶液，厚度为30-40nm;最后旋涂步骤（1)配置好的高绝缘 性聚合物溶液，厚度为IO-ISnm ;
[0019](6)将旋涂完的片子放入氮气箱中烘干，之后冷却；
[0020] (7)在绝缘层上真空蒸锻半导体材料和源漏电极。
[0021] 优选地，步骤（1)中所述高绝缘性聚合物溶液为聚甲基丙締酸甲醋溶液。
[0022] 优选地，步骤（2)中所述高介电常数材料聚合物溶液为交联聚乙締化咯烧酬溶 液。
[0023] 优选地，步骤似中所述交联剂为4, 4' -(六氣异亚丙基）二献酸酢，所述溶剂为 丙二醇甲酸醋酸醋，所述催化剂为=乙胺。
[0024] 优选地，步骤（5)所述旋涂高绝缘性聚合物溶液，转速为4000转/分，旋转55-65 秒；所述旋涂高介电常数材料聚合物溶液，转速为1500-2500转/分，旋转35-45S。所述旋 涂高绝缘性聚合物溶液，转速为2000转/分，旋转35-45秒；
[0025] 优选地，步骤（7)所述真空蒸锻半导体材料为并五苯，蒸锻速率为化7A/S，真空度 控制在6 X 10 4Pa-IO 5pa，采用晶振控制厚度在40-60皿。步骤（6)所述真空蒸锻源漏电极 为金，蒸锻速率为0.06A/S，真空度控制在6 X 10 V-IO Spa,采用晶振控制厚度在30-50皿。 阳0%] 优选地，S层聚合物旋涂完后的总厚度控制在30-50nm，半导体层的厚度为 40-60nm，源漏电极为 30-50nm。
[0027] 有益效果：
[0028] 1、本发明利用高介电常数材料的聚合物与电绝缘性较好的聚合物优势的结合，审U 备出=绝缘层的柔性低电压有机场效应晶体管，从迁移率、操作电压、器件稳定性等角度验 证。利用原子力显微镜图像（AFM)，W及通过测出绝缘层上的液体接触角计算出绝缘层的表 面能等不同的表征手段进行综合分析，最终找到了电学性能最好的绝缘层结构。
[0029] 2、本发明采用了 =层聚合物作为绝缘层，结构如图1所示，迁移率与双层结构相 比，提高了 2倍，达到Icm2As W上，并且制备的柔性低电压有机场效应晶体管也可W在加 热到100度时仍具备较高的迁移率，除此之外，其几乎没有回滞现象。并且从AFM、接触角等 方面进行分析也可W进一步得到认证。
[0030] 3、所述基于=层聚合物修饰的有机场效应晶体管，采用吉时利4200测试分析仪 器进行测试，可W取得较高的开态电流，计算得到的迁移率在Icm 2As W上。将测试数据绘 制的转移曲线，如图2所示，输出曲线，如图3所示。相对于双绝缘层器件，迁移率与开关比 都有很大提局。
[0031] 4、所述基于=层绝缘层的柔性低电压有机场效应晶体管，除了具有较高的迁移率 之外，明显的消除了回滞现象，如图4所示，运说明绝缘层和半导体界面的缺陷很少，不会 在施加栅压时捕获载流子。