[发明专利]一种本征可拉伸有机平行异质结光晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开一种本征可拉伸有机平行异质结光晶体管及其制备方法。所述可拉伸有机光晶体管为底栅顶接触结构，底栅顶接触结构包括可拉伸衬底，可拉伸栅电极、可拉伸绝缘层、可拉伸有机半导体层、可拉伸源漏电极、感光层和可拉伸封装层，其中，感光层由高迁移率、高感光灵敏度的有机小分子材料制成。本发明通过采用电子给体可拉伸有机半导体材料和电子受体小分子材料形成的平行异质结作为有源层材料体系，所制得的可拉伸平行异质结光晶体管具有迁移率高、暗电流低、响应度高、响应速度快且在高机械变形下光电性能稳定的特性。同时，本发明提供的方法，工艺简单，成本低廉，可广泛应用于超薄柔性光电探测等领域。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，具体涉及一种本征可拉伸有机平行异质结光晶体管(STOPTs)及其制备方法。

背景技术

柔性可拉伸电子器件具有与人体皮肤一样的力学属性，在健康监测、医疗植入、人造皮肤及人机交互等领域发挥重要作用，能够准确实时地监控脉搏、血压、体温等人体信号，有望成为具有功能性的人体“第二层皮肤”((a)Someya,T.；Bao,Z.；Malliaras,G.G.Nature 2016,540,379.(b)Chortos,A.；Liu,J.；Bao,Z.Nature Materials 2016,15,937.(c)Kang,S.K.；Murphy,R.K.；Hwang,S.W.；et al.Nature 2016,530,71.)。聚合物半导体柔韧、分子结构可控、迁移率高、可溶液加工，适用于可拉伸电子器件(Trung,T.Q.；Lee,N.E.Advanced Materials 2017,29,1603167.)。然而，聚合物半导体分子结构中含有大量的噻吩环和苯环，使其难以实现可拉伸性和电学性能的平衡。斯坦福大学化学工程系教授鲍哲南课题组巧妙设计出一种溶液涂膜法，将半导体高分子受限于橡胶聚合物包覆的纳米纤维中，满足了半导体薄膜的高弹性和可拉伸性，从而制备出本征可拉伸有机场效应晶体管。研究发现，该可拉伸晶体管在被拉伸至原来两倍长度时，其导电性只有极微小下降(Xu,J.；Wang,S.；Wang,G.N.；et al.Science 2017,355.)。然而，目前相关的研究仅限于可拉伸有机场效应晶体管，而在可拉伸有机型光电探测器等领域的研究甚少。

根据器件结构，有机光探测器主要包括有机光晶体管、有机光电二极管和有机光电导体。相比有机光电二极管和有机光电导体而言，有机光晶体管具有高灵敏度、低噪声、集光探测功能和信号放大功能于一身、方便电路集成等优点(中国专利201810746339.4)。因此，光晶体管不仅是研究特定材料光电特性的优选器件原型，而且也有望实现光电传感器。尽管有机光晶体管在制备超薄、轻质、超柔光电探测器具有巨大优势，但有机光晶体管的研究还没有得到足够的重视，更没有任何报道涉及本征可拉伸有机光晶体管的制备和研究。

发明内容

本发明目的在于提供一种本征可拉伸有机平行异质结光晶体管及其制备方法，本发明提供的可拉伸有机光晶体管具有较低的暗电流，较高的迁移率和光响应度，以及在高机械变形下呈现出稳定的光电性能。

本发明所提供的本征可拉伸有机平行异质结光晶体管，为底栅顶接触结构，其结构自下而上依次包括可拉伸衬底(1)、可拉伸栅电极(2)、可拉伸绝缘层(3)、可拉伸有机半导体层(4)、设于同一平面上的可拉伸源电极(5)和可拉伸漏电极(6)，位于可拉伸源电极(5)和可拉伸漏电极(6)之间的感光层(7)以及可拉伸封装层(8)。

所述感光层由具有高迁移率、高感光灵敏度特性的有机小分子制成，如富勒烯C60。

所述感光层的厚度可为10～200nm。

上述的本征可拉伸有机平行异质结光晶体管中，所述可拉伸衬底、所述可拉伸绝缘层和所述可拉伸封装层均由弹性体聚合物制成；

所述弹性体聚合物为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)、丁苯橡胶(SBR)、天然橡胶(NR)、乙丙橡胶(EPR)、丁基橡胶(IIR)和热塑性聚氨酯弹性体(PU)中任意一种；