[发明专利]以酞菁铁为原料的场效应晶体管的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种以酞菁铁为原料的场效应晶体管的制备方法及应用，其特征在于：通过FePc的提纯；FePc的生长；FePc单晶场效应晶体管制备步骤完成器件性能优化；光学性能和柔性性能测试。其实现了对FePc材料提纯，得到高纯度的FePc，并对高纯度的FePc材料进行生长，得到高结晶度的FePc单晶纳米带并制备器件，对FePc单晶场效应器件进行光电性能和柔性性能测试，器件制备和测试过程在室温下空气中进行操作，简单方便；在不同的绝缘层上构建器件，不仅可以在刚性，而且可以在柔性衬底上制备场效应器件；器件具有光电性能同时具有柔性性能。

技术领域

本发明涉及一种以酞菁铁为原料制备场效应晶体管及应用，是以酞菁铁（FePc）为原材料，气相输运生长高结晶度微纳晶体及其单晶场效应晶体管中的应用，属于有机电子领域。

背景技术

人们越来越关注有机场效应晶体管的发展，而有机单晶是研究载流子本征传输特性的理想模型。相比于有机单晶，有机薄膜存在大量的晶界和结构缺陷，这些都影响了其器件性能的提高[Nature 2000,404,977-980]。对于同一种有机半导体来说，通常单晶场效应晶体管相比于薄膜具有更高的场效应迁移率。

在有机单晶体场效应晶体管中，一个器件有三个终端，在这个终端中，沟道中的电流可以由外部电场（栅极电压）控制。可以通过改变器件结构加大器件电荷传输，或是通过改变晶相和分子排列，一般来说，有机半导体的固有电子特性是由两个参数决定的：传输部分和重组能。它们高度依赖于化学结构和分子排列[Chem.Rev. 2012,112，2208–2267]有许多因素会影响甚至决定有机晶体管的最终性能。例如，温度可以改变迁移率[J. Am. Chem.Soc. 2007,129，13072–13081]。此外，电介质材料、电极材料、绝缘层厚度和沟道大小[Adv.Mater. 2009,21，3689–3693]都可能影响器件性能。

材料的纯度对器件性能的影响很大，由于FePc材料中的Fe离子易氧化，所以获得高纯度的FePc是提高FePc性能的关键。气相输运法是近十几年来才被引入，用来生长和提纯有机单晶的方法[J. Cryst. Growth. 1998,187,449-454]，利用这种方法已经成功生长了ZnPc、CuPc、DCT、全氟酞菁铜等单晶。通过这种方法生长得到的单晶具有纯度高，结晶性好等特点。

对原材料提纯及生长是通过物理气相输运法在实验室水平管式炉中进行的。原材料首先在加热区加热，当温度达到其升华温度时，材料就会气化，这时通入到管内的惰性载气可以将气化的材料载入到低温段的输运区。由于不同的有机物升华点不同，所以我们可以通过这种方法将提纯过后的材料和其他杂质区分出来。气相输运过程中最重要的影响因素包括载气、真空度、温度梯度等。通常，缓慢的生长速度有利于获得高质量单晶。在体系中采用真空泵进行减压处理可以降低或控制气相输运过程中单晶的生长速度，提高晶体质量。由于原材料中含有的铁离子在空气中不稳定，易被氧化，所以我们采取在高纯氮环境中物理气相运输法进行提纯。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以酞菁铁为原料制备场效应晶体管，首先对酞菁铁提纯生长，得到高纯度的酞菁铁FePc材料，并通过不同纯度FePc生长的纳米带制备的器件，即对不同场效应晶体管器件的性能进行对比，以及在不同绝缘层的性能对比，对酞菁铁FePc器件性能的进行优化，测试酞菁铁FePc器件在亮态和暗态性能变化，在不同光强下性能变化，测试器件在弯曲，平面和压缩状态下的电学性能，将三种状态下的性能进行对比；器件制备和测试过程在室温下空气中进行操作，简单方便；在不同的绝缘层上构建器件，不仅可以在刚性，而且可以在柔性衬底上制备场效应器件；器件具有光电性能同时具有柔性性能。

本发明的技术方案是这样实现的：以酞菁铁为原料的场效应晶体管的制备方法，其特征在于包括酞菁铁FePc的提纯和生长，具体步骤如下：