[发明专利]一种全打印制备柔性有机场效应晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管的制备方法，尤其涉及一种全打印制备柔性有机场效应晶体管的方法。

背景技术

场效应管是利用栅极电压的大小来调节源漏电极间的载流子密度，从而控制沟道电流的通断，形成开关特性的半导体器件。有机场效应管(OFET)是用有机材料充当绝缘层和半导体层的半导体器件，其基本原理与无机场效应管基本一致。相对于无机场效应管而言，其具有工艺简单、成本低廉、可制成柔性器件等优点。

目前，较于基于硅材料的FET器件，OFET性能还有一定差距。但是OFET可制备成具有柔性的器件，在柔性显示、智能穿戴、物联网等领域有着巨大的应用潜力。

当前，柔性OFET的制备方法主要包括蒸镀、电子束蒸发、化学沉积等方法制备器件电极和介电层部分，通过旋涂、单晶成长、真空蒸镀等方法制备半导体部分。对设备要求较高、需要掩模版、一般需要在惰性气体氛围内制备、且对材料的利用率较低。

喷墨打印技术是近年来兴起的一种增材制备技术，它具有良好的图案化成膜能力，非常适用于电器元件的图案化加工，工艺简单成本低，适用性强。

采用喷墨打印技术制造有机场效应晶体管目前已经有报道，中国专利CN105932156A公开了一种采用喷墨打印技术制作有机晶体场效应管的方法，其中记载了打印柔性OFET的方法，包括打印栅极和源漏电极，打印PVP绝缘层，打印P3HT半导体层。

上述制备步骤仅仅是通常的柔性OFET制造方法，制备的产品性能差。现有技术急需一种高效的制备高性能柔性OFET的方案。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种采用全喷墨打印制备柔性OFET的方法。经过多次试验，我们发现在全喷墨制备OFET过程中，沟道在10纳米到1毫米范围之间，具备格外优良的效果。

本发明方法包括以下步骤：

以塑料，包括PEN、PET、PI等，及玻璃、硅基材料等为基底；

基底视具体情况可以不经处理或经各种工艺处理，包括：加热、光照(紫外光照、可见光照、红外光照)、等离子体处理、各种化学物质处理(浸泡、修饰、涂层等)、机械处理；

在基底上打印形成导体电极；

电极材料包括金属(金、银、铜、铝、铂、铁、镍等)、有机聚合物导电材料、无机导电材料等；

电极具体情况可以不经处理或经各种工艺处理，包括：加热、光照(紫外光照、可见光照、红外光照)、光刻、等离子体处理、各种化学物质处理(浸泡、修饰、涂层等)、机械处理；

在电极上打印形成介电层；

介电层材料包括有机聚合物介电材料、无机介电材料等；

介电层具体情况可以不经处理或经各种工艺处理，包括：加热、光照(紫外光照、可见光照、红外光照)、等离子体处理、各种化学物质处理(浸泡、修饰、涂层等)、机械处理；

在介电层上打印形成导体电极；

电极材料包括金属(金、银、铜、铝、铂、铁、镍等)、有机聚合物导电材料、无机导电材料等；

电极不经处理或经各种工艺处理，包括：加热、光照(紫外光照、可见光照、红外光照)、光刻、等离子体处理、各种化学物质处理(浸泡、修饰、涂层等)、机械处理；

电极上有未覆盖部分即沟道，将电极分为两部分，两部分之间距离即沟道长度的范围为10纳米到1毫米。

在电极上打印形成有机半导体材料；

半导体材料包括有机小分子半导体材料、聚合物材料、无机材料及各种材料的混合物等；

器件具体情况可以不经处理或经各种工艺处理，包括：加热、光照(紫外光照、可见光照、红外光照)、等离子体处理、各种化学物质处理(浸泡、修饰、涂层等)、封装等。

附图说明

图1是本发明制备例制备的OFET器件结构示意图；其中附图标记1为基底；2表示栅极；3表示介电层；4a和4b分别表示源极和漏极；5表示半导体层。

图2是本发明实施例1的器件转移曲线图。

图3是本发明实施例2的器件转移曲线图。

具体实施方式

下面，将结合具体实施例详细的说明本发明的技术方案，需要说明的是，具体实施例仅仅是本发明的几种具体的实施形态，不视为对于本发明技术方案的限定。

实施案例1(PVP为介电层)：

以PEN薄膜为柔性基底1。

在基底1上喷墨打印一层银墨水，150℃加热约5分钟，形成大约50nm厚的银电极2。