[发明专利]一种超高增益有机放大器及其制备方法

说明书

本发明公开一种超高增益有机放大器及其制备方法。该超高增益有机放大器由一个驱动晶体管和一个负载晶体管串联构成，其中负载晶体管的栅极与源极短接；驱动晶体管和负载晶体管的栅极介电层为铁电性氧化物薄膜，半导体沟道层为有机分子薄膜。其制备方法包括：在衬底上制备局域栅极金属层；在局域栅极金属层表面生长铁电性氧化物薄膜作为介电层；制备半导体层和电极层。该超高增益有机放大器可以在3V工作电压下实现超过10000的电压增益，1V工作电压下实现4000的增益，同时，可以实现电池供电。该超高增益的有机放大器亦可在柔性衬底上实现。另外，该有机放大器可用于各类微小信号的检测和放大。

技术领域

本发明涉及一种放大器及其制备方法，特别涉及一种超高增益有机放大器及其制备方法，属于有机半导体电子器件和可穿戴电子器件技术领域。

背景技术

由于加工成本低廉以及其本征柔性，有机半导体器件已经广泛应用于可穿戴电子应用中，如物联网、射频电子标签、可穿戴传感器等。对于这些应用，有机半导体已经得到了大量研究，但是使用的电路通常需要较大的工作电压，从而导致高功耗和不适合电池供电的操作。

同时，穿戴式电子设备最具挑战性的部分是传感器接口，作为一种模拟电路应用，其需要具有高增益，高的输入阻抗和简单、低成本制造工艺的低电压、低功率电路。目前，用于穿戴式电子设备中的信号放大模块，部分采用传统的放大芯片，但其难以实完全的柔性；也有部分采用新型结构的柔性放大器，但其增益最大在100左右。

基于此，发明人设计开发了一种超高增益有机放大器，其增益超过10⁴，且可以实现完全的柔性化。

发明内容

发明目的：针对现有有机放大器存在的问题，本发明提供一种在低工作电压下可实现电压增益超过10⁴的超高增益有机放大器，并提供了一种该有机放大器的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种超高增益有机放大器，该超高增益有机放大器由一个驱动晶体管和一个负载晶体管串联构成，其中负载晶体管的栅极与源极短接；该驱动晶体管和负载晶体管的放大器中栅极介电层为铁电性氧化物薄膜，半导体沟道层为有机分子薄膜。利用铁电性氧化物薄膜作为介电层引入的负电容效应第一次打破了有机薄膜晶体管的玻尔兹曼限制，大大提高了放大器中薄膜晶体管的跨导以及输出电阻，使得该放大器可实现超低的工作电压和超高的电压增益。

优选的，铁电性氧化物薄膜为铪基铁电性氧化物薄膜、钙钛矿结构铁电氧化物薄膜中的一种。进一步优选的，铪基铁电性氧化物为铪锆氧、铪铝氧、铪镧氧、铪硅氧、铪钇氧、铪锶氧、铪钆氧、铪钕氧或铪钐氧；钙钛矿结构铁电氧化物为锆钛酸铅、锆钛酸铅镧、锶钛酸钡或铋钽酸锶。有机分子薄膜可采用任何一种有机半导体薄膜，有机半导体材料优选有机小分子半导体或有机聚合物半导体，进一步优选2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩、2,9-二癸基二萘酚[2,3-b:2'，3'-f]噻吩[3,2-b]噻吩、并五苯等。

本发明所述的一种超高增益有机放大器的制备方法，包括如下步骤：

(1)根据有机放大器的结构，在衬底上制备局域栅极金属层；

(2)在局域栅极金属层表面生长铁电性氧化物薄膜作为介电层；

(3)在介电层表面生长单层有机分子薄膜作为半导体沟道层；

(4)在半导体沟道层表面制备电极层。

上述步骤(1)中，衬底可为刚性衬底或柔性衬底，当采用柔性衬底时，可得到具有超高增益的柔性有机放大器，从而可在可穿戴式电子设备上应用。局域栅极金属层可根据需要选择多种金属，优选为钛/金双层金属。