[发明专利]一种N型有机薄膜晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件技术领域，尤其涉及一种N型有机薄膜晶体管及其制备方法。

背景技术

自从1986年Tsumura等人报道了第一个有机薄膜晶体管（Organic thin film transistors，简称OTFT），有机薄膜晶体管由于其在有源矩阵显示、有机集成电路、电子商标和传感器等方面的潜在应用价值得到了人们的广泛关注。可以预见，有机薄膜晶体管在诸多方面都可以极大的改进目前由无机场效应晶体管构成的电子信息领域的现状。与无机晶体管相比，有机薄膜晶体管具有以下的优点：

①有机薄膜技术更多，更新，使得器件的尺寸能够更小，集成度更高，使得应用OTFT的电子元器件可以达到更高的运算速度和更小的操作功率。利用有机薄膜大规模制备技术，可以制备大面积的器件；

②通过对有机分子结构进行适当的修饰，可以得到不同性能的材料，因此通过对有机半导体材料进行改性就能够使OTFT的电学性能达到理想的结果；

③有机材料比较容易获得，OTFT的制备工艺也更为简单，制备条件更加温和，能够有效地降低器件的成本；

④全部由有机材料制备的全有机薄膜晶体管具有非常好的柔韧性，而且质量轻，携带方便。有研究表明，对柔性OTFT器件进行适度的扭曲或弯曲，器件的电学特性并没有显著的改变。良好的柔韧性更进一步拓宽了有机薄膜晶体管的使用范围。

有机薄膜晶体管按照传输载流子电荷类型的不同，可以分为N型有机薄膜晶体管和P型有机薄膜晶体管。在N型晶体管中载流子为电子，电荷为负；而在P型晶体管中载流子为空穴，电荷为正。

场效应迁移率作为晶体管最重要的性能指标之一，经过人们的不断努力，N型OTFT的迁移率已经从最初的10^-4 cm²/Vs提高到了6 cm²/Vs，但是与无机多晶或者单晶场效应晶体管相比，这个值还是很小的，这大大限制了N型有机薄膜晶体管的应用。另外，常见的N型有机半导体材料在空气中操作时易受到水汽或氧气的影响，导致器件的性能下降并且寿命不长。目前大多数的N型有机薄膜晶体管都必须在氮气或真空中操作，这极大的限制了晶体管的进一步发展。因此，如何通过设计优化的器件结构和制备方法，提高晶体管的性能和稳定性，这是N型OTFT亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种具有高迁移率和高稳定性的N型有机薄膜晶体管及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种N型有机薄膜晶体管，其结构为底栅顶接触式或底栅底接触式，包括衬底、栅电极、栅极绝缘层、第一修饰层、有机半导体层，源电极和漏电极，所述有机半导体层包括N型有机半导体材料的第一有机半导体层和第二有机半导体层，在第一有机半导体层和第二有机半导体层间设有载流子阻挡层。

进一步地，所述载流子阻挡层与第二有机半导体层间设有第二修饰层。

进一步地，所述第一修饰层和第二修饰层由苯并类有机材料制成，厚度为0.5~5 nm。

进一步地，所述载流子阻挡层由电子阻挡材料或者绝缘材料中的一种或多种构成，载流子阻挡层的厚度为1~20nm。

进一步地，所述第一有机半导体层和第二有机半导体层的厚度分别为10~100 nm。

进一步地，所述栅电极、源电极和漏电极为金属或者导电薄膜，其中，源电极和漏电极厚度为10~300 nm。

一种N型有机薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：

①先对衬底进行彻底的清洗，清洗后干燥；

②在衬底表面制备栅电极；

③在栅电极上面制备栅极绝缘层并对绝缘层进行处理；

④在所述栅极绝缘层上制备第一修饰层；

⑤在第一修饰层上制备第一有机半导体层；

⑥制备载流子阻挡层；

⑦然后在载流子阻挡层上制备第二有机半导体层；

⑧在第二有机半导体层上制备源电极和漏电极；

⑨将步骤⑧后制得的器件在手套箱进行封装，手套箱为惰性气体氛围；

其中，步骤②③④⑤⑥⑦⑧中所述有机半导体层、修饰层、载流子阻挡层、电极层和栅极绝缘层是通过真空蒸镀、离子团束沉积、离子镀、直流溅射镀膜、射频溅射镀膜、离子束溅射镀膜、离子束辅助沉积、等离子增强化学气相沉积、高密度电感耦合式等离子体源化学气相沉积、触媒式化学气相沉积、磁控溅射、电镀、旋涂、浸涂、喷墨打印、辊涂、LB膜中的一种或者几种方式形成。