[发明专利]一种高频有机平面结构整流二极管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高频有机平面结构整流二极管，包括衬底、金属背栅、介电层、半导体沟道层、源/漏电极和聚合物封装层；其中，所述半导体沟道层为带有烷基侧链的有机小分子薄膜，且成膜后烷基侧链向外暴露；所述源/漏电极接触层为金属铂；所述源/漏电极单独制备好以后，覆盖聚合物封装层，然后将聚合物封装层和源/漏金属电极无损转移到半导体沟道层上，接触层铂与半导体沟道层有机小分子烷基侧链结合；该高频有机平面结构整流二极管实现了低工作电压下的高频性能，具有64MHz的最高整流特性，电压归一化整流频率达到25.6MHz/V，理论最高整流频率为0.13GHz。

技术领域

本发明涉及一种二极管，特别涉及一种高频有机平面结构整流二极管及其制备方法。

背景技术

有机整流二极管已经广泛应用于印刷电子及可穿戴电子领域。平面结构整流二极管相对于垂直结构来说与晶体管工艺更加兼容，更有利于大规模集成应用。在许多重要应用，如物联网、射频电子标签、可穿戴传感器等应用中，都要求整流二极管器件可以在尽可能高频率低电压下实现整流效应，从而更好的用于高频电路工作。然而，与二维材料和氧化物半导体等体系对比，有机场平面结构整流二极管在高频性能和工艺等方面仍面临诸多挑战。

首先，受限于载流子浓度、接触电阻、以及本征迁移率等关键参数，有机平面结构整流二极管的高频性能始终较低，它们的最高整流频率通常在40MHz以下，且需要较高的输入电压(5V)，目前报道的电压归一化最高整流频率的最高值仅为15.6MHz/V。人们亟需看到有机平面结构整流二极管器件在低电压(≤3V)下的高频应用潜力。此外，目前有机半导体工艺中传统的金属沉积工艺涉及高能金属离子轰击有机薄膜的过程，在金属-半导体接触中引入大量缺陷，从而降低有机平面结构整流二极管的高频性能，限制了其进一步的应用。同时，有机器件中的有机沟道层十分脆弱，往往会被常规的光刻工艺或电子束曝光工艺中的溶液(如丙酮、N甲基吡咯烷酮等)破坏甚至溶解，降低了有机平面结构整流二极管的高频性能。

发明内容

发明目的：本发的第一目的为提供一种低输入电压下可实现高频的一种高频有机平面结构整流二极管；本发明的第二目的是提供所述的有机平面结构整流二极管的制备方法。

技术方案：本发明所述的高频有机平面结构整流二极管，包括衬底、金属背栅、介电层、半导体沟道层、源/漏电极和聚合物封装层；其中，所述半导体沟道层为带有烷基侧链的有机小分子薄膜，且成膜后烷基侧链向外暴露；所述源/漏电极接触层为金属铂；所述源/漏电极单独制备好以后，覆盖聚合物封装层，然后将聚合物封装层和源/漏金属电极无损转移到半导体沟道层上，接触层铂与半导体沟道层有机小分子烷基侧链结合。

源/漏电极的接触层金属Pt与半导体沟道层中小分子薄膜暴露出的烷基侧链成键，降低了金属半导体界面势垒，进一步提升了整流二极管的性能。优选的，所述有机小分子为2,9-二癸基二萘酚[2,3-b:2'，3'-f]噻吩[3,2-b]噻吩、2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩或2-癸基-7-苯基[1]苯并噻吩并[3,2-b][1]苯并噻吩。

本发明中先制备好源/漏电极再无损转移叠加到有机半导体沟道层上，使得有机半导体免受高能金属粒子的冲击损伤，金属-半导体接触实现了良好的欧姆接触而非势垒更高的肖特基接触，明显改善了有机平面结构整流二极管的开态电流等电学性能。

优选的，所述介电层为氧化铪、氧化锆、氧化镧或氧化铝薄膜中的一种，为高介电常数氧化物薄膜。高介电常数氧化物薄膜使得器件的工作电压可以降到很低，从而实现更高的归一化频率；此外，高介电常数氧化物使其上生长的有机半导体薄膜得到有效掺杂，从而提高有机平面结构整流二极管的跨导、开态电流等电学性能。

优选的，所述聚合物封装层为聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。

所述衬底可为绝缘刚性衬底或绝缘柔性衬底，当采用绝缘柔性衬底时，可得到具有高频性能的柔性有机平面结构整流二极管，从而可在可穿戴式电子设备上应用。