一種三維結構的柔性有機場效應晶體管的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發明屬于有機半導體器件領域，特別是涉及一種三維結構的柔性有機場效應晶體管。
【【背景技術】】
[0002]隨著對傳統OFETs研究的深入，在功能化、集成化、溶液化等方面應用的研究已經有了很大的發展，并成為當前有機電子學/分子電子學研究的一個前沿熱點，與無機材料相比，有機材料在低價、大面積、柔性電路中具有很多固有的優勢.例如，其成膜工藝簡單，材料種類多，與柔性襯底相容，尺寸小量輕，成本低廉，很容易用旋涂和蘸涂技術進行大面積制備各種柔性器件和電路等.此外，對于有機半導體材料，人們可以通過改變分子結構很容易地實現對器件性能的調控，從而可以根據器件的應用要求來設計有機半導體材料.低成本、大面積柔性顯示、柔性傳感器等領域的大規模產業化生產，其前景非常廣闊。主要應用有:柔性顯示驅動、電子報紙、人體傳感器、有源矩陣電路、低成本全打印柔性射頻標簽、商業化柔性射頻標簽等。
[0003]傳統的有機場效應晶體管的主要包括頂柵和底柵兩種結構，其中頂柵又包括底接觸型和頂接觸型兩種，底柵又包括底接觸型和頂接觸型兩種，由于0TFT有機材料本身的特性，有機場效應晶體管一般采用底柵結構。所謂頂接觸就是源漏電極在頂部、柵極在底部，而底接觸是源漏電極在底部、柵極在頂部。頂接觸型0TFT的主要特點是，源漏極遠離襯底，有機半導體層和絕緣層直接相連，在制作的過程中可以采取對絕緣層的修飾改變半導體的成膜結構和形貌，從而提高器件的載流子迀移率，同時該結構中半導體層受柵極電場影響的面積大于源漏在底部的器件結構，因此具有較高的載流子迀移率;底接觸型0TFT的主要特點是有機半導體層蒸鍍于源漏電極之上，且源漏電極在底的器件結構可以通過光刻方法一次性制備柵極和源漏電極，工藝制備上可以實現簡化，而且對于有機傳感器來說，需要半導體層無覆蓋地暴露在測試環境中，此時源漏電極在底的器件結構就具有比較大的優勢。
[0004]但是，現有平面結構的有機場效應晶體管由于許多原因會導致性能的局限性，例如受到光刻技術的限制，溝道長度繼續降低十分困難，加上有機場效應晶體管本身具有低迀移率的特點，導致了輸出電流較低、工作電壓較高，工作頻率較低;從器件層面上提高輸出電流的主要有兩種方法即提高迀移率和降低溝道寬度;在溝道長度方面，由于平面結構的場效應在降低溝道長度上受到了限制，我們采用垂直溝道制備的有機場效應晶體管，這種結構的場效應晶體管溝道長度是由有機半導體層厚度決定的，而有機半導體層是采用蒸發的技術制備而成，這種方式形成的薄膜均勻性好，厚度最小能達到幾個納米，由于溝道長度的大幅度降低，源漏電流可以明顯的得到提高，這種溝道長度在水平溝道的場效應晶體管中很難實現。在大規模，高集成度的電路中，單層的器件是不能滿足所需要求的，由于有機器件的厚度都很薄，在實際電路應用中通常將多層器件疊加，這樣節約空間，提高集成度;垂直溝道的有機場效應晶體管的另一個重要特點在于其可以作為層與層之間的連接器件，將二維的電路擴展到了三維的空間結構。綜上所述，垂直溝道的場效應晶體管在未來有機集成電路中是必不可少的，本發明對有機場效應晶體管電路的真正實現具有重要的意義。
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【發明內容】
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[0005]本發明的目的是提供一種柔性有機三維結構場效應晶體管。
[0006]本發明提供的一種柔性有機三維結構場效應晶體管，其結構如圖1所示，包括第一源電極(101)、第二源電極(102)、第一漏電極(201)、第二漏電極(202)、電極延伸層(203)、第一有機半導體層(301)、第二有機半導體層(302)、第一絕緣層(401)、第二絕緣層(402)、柵電極(5)、柔性襯底(6);
[0007]其中:柔性襯底、柵電極、第二絕緣層依次疊加組成，電極延伸層和第二漏電極分別位于第二絕緣層上方兩側，且電極延伸層和第二漏電極相連接;第二有機半導體層和第二源電極依次位于第二漏電極上方，且第二有機半導體層和第二源電極的寬度與第二漏電極相同；第一絕緣層覆蓋在電極延伸層、第二有機半導體層和第二源電極上方;第一有機半導體層位于第一絕緣層上方，第一源電極和第一漏電極分別位于第一有機半導體層上方兩偵k構成第二源電極為網格狀金屬金，構成電極延伸層的材料為金屬金。構成第一源電極、第一漏電極、第二漏電極的材料為金屬鋁，構成第一有機半導體層、第二有機半導體層的材料為酞箐銅、并五苯、P3HT中的一種或多種，構成第一絕緣層、第二絕緣層的材料為PVA，構成柵電極的材料為IT0，構成柔性襯底的材料為苯二甲酸乙二酯(PET)或聚酰亞胺(PI);第一有機半導體層、第一源電極和第一漏電極整體面積小于或等于第二源電極。
[0008]本發明提供的制備上述一種柔性有機三維結構場效應晶體管方法，包括如下步驟:
[0009 ] (1)將柔性襯底依次放入乙醇、丙酮、去離子水溶液中超聲清洗1 Omin，清洗過后用氮氣吹干；
[0010](2)在柔性襯底上制備第二絕緣層，采用的工藝為旋涂，將配好濃度為20wt%PVA水溶液旋涂，轉速為4000rpm，旋涂好的PVA放在365nm波長(8W)紫外光下照射lOmin，并放在200°C的真空干燥箱中交聯2小時，然后在60°C下退火30min;
[0011](3)在第二絕緣層上制備第二源電極和電極延伸層，采用光刻工藝在第二絕緣層上制備一層網格狀犧牲層，再通過真空熱蒸鍍制備一層金屬金，控制蒸發速率和時間使得蒸發上的金屬金厚度小于網格狀犧牲層厚度，通過釋放犧牲層形成網格狀金屬金；電極延伸層通過掩膜版，采用真空熱蒸鍍的方式制備；
[0012](4)在制備好的第二源電極和電極延伸層上，通過掩膜版，采用真空熱蒸鍍的方式制備第二有機半導體層，真空度為10—6帕斯卡以下；
[0013](5)在制備好的第二有機半導體層上，通過掩膜版，采用真空熱蒸鍍的方式制備第二漏電極；
[0014](6)在制備好的第二漏電極上制備第一絕緣層，采用的工藝為旋涂，轉速為4000rpm，旋涂好的PVA在150°C真空干燥箱中退火兩小時；
[0015](7)在制備好的第一絕緣層上，通過掩膜版，采用真空熱蒸鍍的方式制備第一有機半導體層，真空度為10—6帕斯卡以下；
[0016](8)在制備好的第一有機半導體層上，通過掩膜版，采用真空熱蒸鍍的方式制備第一源電極和第一漏電極；
[0017]本發明的技術分析:
[0018]在溝道長度方面，由于平面結構的場效應晶體管在降低溝道長度上受到了限制，我們采用垂直溝道制備有機場效應晶體管，這種結構的場效應晶體管溝道長度是由有機半導體層厚度決定的，而有機半導體層是采用蒸發技術制備而成，這種方式形成的薄膜均勻性好，厚度最小能達到幾個納米，由于溝道長度的大幅度降低，源漏電流可以明顯的得到提高；同時三維結構的有機場效應晶體管可以將上下兩層互聯，且采用同一柵電極控制，在實際應用中可以控制不同兩層器件，具有重要應用意義。
【【附圖說明】】
[0019]圖1為本發明提供的一種三維結構的柔性有機場效應晶體管的結構示意圖。
[°02°]圖中，101為第一源電極、102為第二源電極、201為第一漏電極、202為第二漏電極、203為電極延伸層、301為第一有機半導體層、302為第二有機半導體層、401為