專利名稱：一種光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)場效應(yīng)晶體管傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光傳感有機(jī)場效 應(yīng)晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展，有機(jī)場效應(yīng)晶體管(organic field-effect transistors,簡 稱OFETs)以其輕質(zhì)，易柔性化和成本低廉的獨(dú)特優(yōu)勢，以及在電路驅(qū)動，靈敏傳 感器等方面廣泛應(yīng)用前景，吸引著人們的目光。在眾多的OFETs研究中，具有OFETs 開關(guān)性能和光傳感作用的光傳感OFETs (organic phototransistors (OPTs))是非常有 前景的一類光電器件。究其原因，OPTs有著自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)相同的感光原理，卻 有著更好的信號放大功能；其在結(jié)構(gòu)上相比于結(jié)型場效應(yīng)晶體管更容易大規(guī)模的集 成(Y. -Y. Noh， D. -Y. Kim, and K. Yase, / ^ p/.尸/z, 2005， 98, 074505; Y. Liang, G. F. Dong, Y. Hu, L. D. Wang, and Y. Qiu,2005, 86, 132101)。
近年來，人們合成和發(fā)展了多種高性能的光感有機(jī)半導(dǎo)體材料，并將其集成于 有機(jī)場效應(yīng)器件中，材料的發(fā)展極大的推動了OPTs的研究，例如聚(9， 9-二辛 基荷共聯(lián)二噻吩、2,5-二-聯(lián)苯-4-噻吩并噻吩和全氟酞菁銅OPTs的研究(M. C. Hamilton " a/.皿￡ 7>纖五/e"謂DeWces, 2004, 51, 877; Y. -Y. Noh, D. -Y. Kim， Y. Yoshida, K. Yase， B. -J. Jung， E. Lim, and H. -K. Shim, ^; p/.尸/zj^.2005， 86, 043501; Q. X. Tang, L. Q. Li， Y. B. Song, Y. L, Liu, H. X. Li, W. Xu, Y. Q. Liu, W. P. Hu, and D. B. Zhu, Adv. Mater. 2007, 19, 2624)。但這些研究還未開發(fā)出感光性能足 夠好的有機(jī)半導(dǎo)體材料，而且器件對光源的要求較高(能量大于1毫瓦)。直到M. Y. Cho等人對星形分子1,2,4，5-四(5-正己基[2,2']聯(lián)二噻吩-5-乙烯基)-苯和1，2，4，5-四(5-正己基[2,2']聯(lián)三噻吩-5-乙烯基)-苯的應(yīng)用開發(fā)才使得OPTs除載流子傳輸速 度以外的指標(biāo)達(dá)到了與無定型硅PTs相媲美的水平(M. Y. Cho, S. J. Kim， Y. D. Han, D. H. Park, K. H. Kim, D. H. Choi, and J. Joo,爿dv. Mater. 2008, 18, 2905)。然而，
上述研究并沒有真正達(dá)到各項重要指標(biāo)與無定型硅PTs相媲美的水平，究其原因， 是由于缺少高光感性半導(dǎo)體的開發(fā)和不同聚集態(tài)在器件中的應(yīng)用研究不足。因此， 開發(fā)出高性能的感光性半導(dǎo)體材料和利用恰當(dāng)?shù)木奂瘧B(tài)制備器件，對于制備高性能 的OPTs具有十分重要的研究意義和商業(yè)價值。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種光傳感有機(jī)場效晶體管及其制備方法。 本發(fā)明提供的光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，由圖可知，
該晶體管為上電極結(jié)構(gòu)，包括襯底1、位于襯底之上的柵電極2和位于柵電極之上的 絕緣層；
其中，有機(jī)場效應(yīng)晶體管還包括位于絕緣層之上的自組裝單分子層以及位于自 組裝單分子層之上的源電極5、漏電極6和至少一根有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線4，圖 中3所指為絕緣層和位于絕緣層之上的自組裝單分子層。
該晶體管中，構(gòu)成襯底的材料為各種常規(guī)的襯底材料，可從商業(yè)途徑購買得到， 如玻璃、陶瓷、聚合物或硅片；構(gòu)成柵電極的材料亦為各種常見的柵電極材料，如 金屬、合金和金屬氧化物；其中，金屬可為金、銀、鋁或銅等，合金為銅鋁合金或 鋁銀合金，金屬氧化物為氧化銦錫。構(gòu)成絕緣層的材料為二氧化硅、氮化硅或聚合 物。
構(gòu)成自組裝單分子層的材料為十八垸基氯硅烷、八烷基氯硅烷、苯基氯硅烷或 三氯硅烷；有機(jī)半導(dǎo)體單晶位于源電極和漏電極之間。
構(gòu)成源電極和漏電極的材料為金屬、合金、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或?qū)щ娦?分子化合物。其中，金屬可為金、銀、鋁或銅等；合金為銅鋁合金或鋁銀合金；金 屬氧化物為氧化銦錫；導(dǎo)電聚合物為聚苯胺、聚噻吩、聚3， 4-乙撐二氧噻吩與聚 苯乙烯磺酸鹽的絡(luò)合物(PEDOT/PSS)或7，7,8,8-四氰基對亞甲基苯醌與四硫富瓦 烯的復(fù)合物。
上述有機(jī)半導(dǎo)體化合物為蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩或取代的蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩， 取代基為甲基、乙基或苯基，優(yōu)選6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩。該有機(jī)半導(dǎo)體化 合物單晶線的長度為80-300微米，直徑為1-IO微米。襯底的厚度為300-800微米， 優(yōu)選400-500微米；柵電極的厚度因制備工藝不同，厚度會有所不同，可為0.01-500 微米，優(yōu)選400-500微米；絕緣層的厚度為100-500納米，優(yōu)選300-500納米。
本發(fā)明提供的制備上述光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，包括如下步驟
1) 在襯底上制備柵電極；
2) 在步驟l)得到的柵電極之上制備絕緣層；
3) 將步驟2)得到的帶有絕緣層的襯底與十八垸基氯硅烷、八垸基氯硅烷、苯
基氯硅垸或三氯硅垸中的任意一種，于真空條件下加熱處理，得到自組裝單分子修
飾層；
4) 向有機(jī)半導(dǎo)體化合物的飽和溶液中加入不良溶劑，所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物自 組裝成有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線，將至少一根所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線置于所述步驟3)得到的自組裝單分子修飾層上；
5)制備源電極和漏電極，得到本發(fā)明提供的光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管；其中，源電極和漏電極位于有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線的兩端。
上述制備方法的步驟1)中，柵電極可從商業(yè)途徑購買得到，亦可按照常規(guī)的制備方法進(jìn)行制備的，如真空熱蒸鍍(真空度為10—4-10—7帕斯卡，蒸發(fā)速度為1-10埃/秒)、電子束蒸發(fā)(真空度為10—4-10—7帕斯卡，蒸發(fā)速度為l-10埃/秒)、磁控濺射(真空度為10—4-10—7帕斯卡，濺射速度為1-10埃/秒)或等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積法(真空度為10—3-10—5帕斯卡，沉積區(qū)溫度為300-500度)；
步驟2)中，絕緣層是按照常規(guī)的制備方法進(jìn)行制備的，如空氣熱氧化(溫度卯0-1200度)、電子束蒸發(fā)(真空度為10—4-10_7帕斯卡，蒸發(fā)速度為1-10埃/秒)或磁控濺射(真空度為10_4-10—7帕斯卡，濺射速度為1-10埃/秒)；
步驟3)中，真空度為10-0.1帕斯卡，加熱處理時的溫度為120-150°C，加熱時間為1-4小時；在混合步驟之前，可先將步驟2)得到的帶有絕緣層的襯底依次用去離子水、乙醇和丙酮清洗并干燥。
步驟4)中，有機(jī)半導(dǎo)體化合物優(yōu)選為6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩；該有機(jī)半導(dǎo)體化合物的飽和溶液中，溶劑為二氯甲垸、三氯甲烷或甲苯，不良溶劑為乙醇或甲醇；自組裝時間為0.1-10小時。
步驟5)中，源電極和漏電極是按照常規(guī)的制備方法進(jìn)行制備的，如真空熱蒸鍍(真空度為10—3-10_5帕斯卡，蒸發(fā)速度為1-10埃/秒)、電子束蒸發(fā)(真空度為10—4-10—7帕斯卡，蒸發(fā)速度為l-10埃/秒)或打印方法。其中，該打印方法采用有機(jī)材料專用打印設(shè)備，打印速度為2米/秒，精度為5微米左右，可打印材料包括金屬納米粒子，可溶性有機(jī)聚合物和小分子的半導(dǎo)體及導(dǎo)電材料等。
另外，本發(fā)明所用式I所示6—甲基—蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩化合物，是按照如下方法進(jìn)行制備的
1) 二苯并噻吩與式(II)結(jié)構(gòu)式所示的取代的鄰苯二甲酸酐發(fā)生傅克?；磻?yīng)生成式(III)結(jié)構(gòu)式所示的3— (3—R基一6 —羧基一苯甲酰)二苯并噻吩化合物；
2) 式(III)結(jié)構(gòu)式所示的3— (3—R基一6—羧基一苯甲酰)二苯并噻吩化合物發(fā)生自身傅克酰基化反應(yīng)生成式(IV)結(jié)構(gòu)式所示的6—R基一9， IO — 二酮一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩；
3) 式(IV)結(jié)構(gòu)式所示的6—R基—9， 10 —二酮一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩被還原得到式(I )所示的化合物6—R基—蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩；
其中，式(II)、式(III)、式(IV)的結(jié)構(gòu)式分別如下式(II) 式(III) 式(IV)
其中，R基為甲基。
步驟l)中，傅克?；磻?yīng)的反應(yīng)溶劑為二氯甲烷，催化劑為三氯化鋁。步驟
1)中二苯并噻吩與式(II)所示的取代的鄰苯二甲酸酐的摩爾比為1.1: 1。
步驟2)中，傅克?；磻?yīng)的反應(yīng)溶劑為鄰二氯苯，催化劑為三氯化鋁和五氯化磷。
步驟3)中，還原反應(yīng)的溶劑為四氫呋喃；還原劑為三氯化鋁和四氫鋁鋰。本發(fā)明提供的制備光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，制備工藝簡單，成本低。
制備得到的有機(jī)場效應(yīng)晶體管對能量介于10 90微瓦每平方厘米之間的低能光源，
就有高的響應(yīng)，具有高的光電性能參數(shù)高遷移率，高感光靈敏度和高的光電流與
暗電流之比，在感光半導(dǎo)體器件領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所用有機(jī)半導(dǎo)體微米單晶線的制備流程示意圖。
圖2a、圖2b和圖2c分別為本發(fā)明實(shí)施例1中有機(jī)半導(dǎo)體微米單晶的掃描電鏡照片、透射電鏡明場圖樣和透射電鏡衍射圖樣。
圖3a為本發(fā)明提供的光傳感有機(jī)場效晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b、圖3c分別為該晶體管的光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡表征。
圖4a為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的OPTs在無光條件下的輸出曲線，圖4b為該OPTs在無光條件下的轉(zhuǎn)移曲線。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的OPTs在低能量白光(30微瓦/平方厘米)的作用下的轉(zhuǎn)移曲線與無光條件下轉(zhuǎn)移曲線的對比。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的OPTs光感性能參數(shù)隨柵電壓的變化情況。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。本發(fā)明中，有機(jī)光感應(yīng)微米單晶場效應(yīng)晶體管的光電學(xué)性能是在大氣環(huán)境和室溫條件下測量的。
先對微米器件在無光條件下進(jìn)行基本的輸出和轉(zhuǎn)移性質(zhì)測試，得出飽和區(qū)遷移率等電學(xué)性能(Y, Liang, G. F. Dong， Y. Hu, L. D. Wang， and Y. Qiu， Low隱voltagepentacene thin-film transistors with Ta205 gate insulators and their reversible
8light-induced threshold voltage shift Appl. Phys. Lett. 2005 ， 86 ， 132101J 。
然后再在低能量白光條件下測試其轉(zhuǎn)移特性，比較其電學(xué)性能的差別。通過下
述公式進(jìn)行計算
光感敏感度=(晶體管光照條件下的電流-晶體管無光條件下的電流)/微米單晶上所施加的光功率；
光電流/暗電流=(晶體管光照條件下的電流-晶體管無光條件下的電流)/晶體管無光條件下的電流。
由上述公式計算得到的光感應(yīng)敏感度和光電流與暗電流之比(M. C. Hamilton etal. Thin-Film Organic Polymer Phototransistors， IEEE Trans. Electron Devices, 2004，51， 877)。
實(shí)施例1
本實(shí)施例按照下述步驟制備光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管
1) 所用襯底層為單晶硅片，該硅片厚度為400-500微米，柵電極為高摻雜硅(如氮元素或磷元素，摻雜濃度為每立方米1~9 x 102Q)，柵電極厚度為400 500微米左右；
2) 按照硅熱氧化法(王永珍，龔國權(quán)，崔敬忠，二氧化硅薄膜的制備及應(yīng)用，真空與低溫，2003， 9， 228)在柵電極之上制備絕緣層，構(gòu)成絕緣層的材料為二氧化硅；其中，熱氧化的溫度為900-1200°C，絕緣層厚度為500納米；
3) 將步驟2)得到的沉積有絕緣層的襯底用去離子水、乙醇、丙酮超聲清洗后烘箱烘干，然后用十八烷基三氯硅烷同襯底一起放入一培養(yǎng)皿中，放入烘箱，抽真空至0.1帕斯卡，加熱至120度處理3小時后，自然冷卻至室溫，得到自組裝單分子層；
4) 將式I所示的6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩粉末溶于良溶劑二氯甲烷中，配成飽和溶液1毫升加入稱量瓶中，然后加入不良溶劑乙醇2毫升，使其慢慢自組裝成微米單晶線(自組裝時間大約24小時)，如圖1所示，所得微米線長度在幾百微米，寬度為l-8微米之間且透射表征衍射點(diǎn)明顯，如圖2所示，然后用毛細(xì)管轉(zhuǎn)移至步驟3)所得襯底的自組裝單分子修飾層之上，選擇2微米的6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩微米單晶作為半導(dǎo)體。
(式I)
95)用30微米金絲作為掩模，在真空度為5x10—4帕下，以每秒l埃的速度制備50納米金，作為源電極和漏電極，得到本發(fā)明提供的光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管；
該有機(jī)光感應(yīng)微米單晶場效應(yīng)晶體管的光電學(xué)性能是在大氣環(huán)境和室溫條件下
先對該晶體管器件進(jìn)行輸出和轉(zhuǎn)移性質(zhì)測試，得出遷移率為1.66厘米的平方每伏特每米，開關(guān)比為106，如圖4a和圖4b所示，其中，圖4a為OPTs在無光條件下的輸出曲線，圖4b為該0PTs在無光條件下的轉(zhuǎn)移曲線。
然后再在低能量白光條件(30微瓦/平方厘米)下測試其轉(zhuǎn)移特性，比較其電學(xué)性能的差別，如圖5所示，通過公式計光感敏感度=(晶體管光照條件下的電流-晶體管無光條件下的電流)/微米單晶上所施加的光功率，光電流與暗電流之比=(晶體管光照條件下的電流-晶體管無光條件下的電流)/晶體管無光條件下的電流(如圖6所示)。由晶體接受光的表面積為2微米><30微米=60平方微米；計算可以得出最高的光敏感度為12000安培/瓦特，及光電流/暗電流=6000。各項重要性能參數(shù)可與無定形硅光感晶體管相媲美。
另外，本實(shí)施例步驟4)中所用6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩(化合物Me-ABT)，是按照如下方法進(jìn)行制備的
1) 3— (3 —甲基一6 —羧基一苯甲酰)二苯并噻吩的合成
氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在250 ml三口瓶中加入100ml 二氯甲烷和4g (30mmo1)三氯化鋁，然后加入1.7g(10mmo1)4-甲基鄰苯二甲酸酐，該混合液在室溫攪拌1小時后，用滴液漏斗滴加10 ml 二苯并噻吩(2g， 11 mmol)的二氯甲垸溶液，滴加完畢，室溫攪拌過夜，倒入40ml冰水和60ml鹽酸(質(zhì)量百分含量為37%)的混合溶液中，二氯甲烷萃取，合并有機(jī)相，硫酸鎂干燥，旋干溶劑得到桔黃色固體3— (3—甲基一6 —羧基一苯甲酰)二苯并噻吩2.9 g，產(chǎn)率80%。
結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)如下
質(zhì)譜[MS (EI)] m/z: 346 (M^。
核磁氫譜'H-NMR (400 MHz, CDC13) S (ppm): 2.34 (s, 3H), 7.50—7.52 (m, 2H),7.67—7.71 (m, 2H), 7.87 (s, 1H), 7.98-8.02 (m, 2H)， 8.08 (s, 1H), 8.27 (s， 1H)， 8.55 (s, 1H)11.55 (s, 1H)。
2) 6—甲基一9， 10 —二酮一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩的合成
氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在100ml三口瓶中加入30ml鄰二氯苯，2g (5.8 mmol) 3 —(3—甲基一6 —羧基一苯甲酰)二苯并噻吩，三氯化鋁(1.15 g, 8.67 mmol)，五氯化磷(1.8 g， 8.67 mmol)(五氯化磷主要用于反應(yīng)催化脫水)，在100 。C加熱反應(yīng)12小時。反應(yīng)液冷至室溫，傾入300ml的鹽酸冰水混合液中(其中，37%(質(zhì)量比)的鹽酸的體積百分含量為40%)，過濾，收集固體。所得固體用甲苯過柱，得淡黃綠色固體6—甲基一9， IO — 二酮一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩1.3 g,產(chǎn)率為68.6%。
結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)如下
質(zhì)譜[MS (EI)] m/z: 328 (M+)。
核磁氫譜^-NMR (400 MHz, CDC13) S (ppm): 2.34 (s, 3H)， 7.50-7.52 (m, 3H),7.59 (s, 1H), 7.76 (s， 1H), 7.98 (m, 1H), 8.35-8.40 (m， 3H)。3) 6—甲基—蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩的合成
氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在250ml的三口瓶中加入100ml干燥得四氫呋喃，冰浴冷卻到零度，分別加入0.455 g (12 mmol)四氫鋁鋰和1.6 g (12 mmol)三氯化鋁，室溫攪拌三十分鐘后，分三次加入lg (3mmo1)6—甲基—9， 10 —二酮一蒽[2，3-b]苯并[d]噻吩，加熱回流兩小時，冷卻后，倒入冰水和鹽酸混合物中，過濾沉淀，甲苯重結(jié)晶得黃色固體(化合物MeABT) 0.447 g，產(chǎn)率為49.2% 。
結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)如下
質(zhì)譜[MS (EI)] m/z: 298 (M+)。
核磁氫譜！H-NMR (400 MHz, CDC13) 5 (ppm): 2.45 (s, 3H), 7.30-7.33 (d, 1H),7.45-7.52 (m, 2H), 7.78-7.79 (m, 2H), 7.93-7.95 (m, 1H), 8.27-8.28 (m, 1H), 8.40 (s, 1H),8.45 (s, 1H), 8.54 (s, 1H), 8.76 (s, 1H)。
元素分析分子式C21H14S;理論值C, 84.53; H， 4.73;實(shí)測值:C, 84.62; H， 4.99。
實(shí)施例2
按照與實(shí)施例l完全相同的制備方法，僅將步驟4)中的良溶劑改為三氯甲烷，不良溶劑為甲醇，在與上述實(shí)施例1完全相同的制備條件下得到光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管，該晶體管的形貌及器件性能與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例3
按照與實(shí)施例1完全相同的制備方法，僅將步驟4)中的良溶劑改為甲苯，不良溶劑為甲醇，在與上述實(shí)施例1完全相同的制備條件下得到光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管，該晶體管的形貌及器件性能與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1、一種光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管，包括襯底、位于所述襯底之上的柵電極和位于所述柵電極之上的絕緣層；其特征在于所述有機(jī)場效應(yīng)晶體管還包括位于所述絕緣層之上的自組裝單分子層以及位于所述自組裝單分子層之上的源電極、漏電極和至少一根有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線；所述構(gòu)成自組裝單分子層的材料為十八烷基三氯硅烷、八烷基三氯硅烷、苯基三氯硅烷等；所述有機(jī)半導(dǎo)體單晶位于所述源電極和漏電極之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于所述構(gòu)成源電極和漏電極的材 料為金屬、合金、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或?qū)щ娦》肿踊衔?；所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物為蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩或取代的蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩，所 述取代的蒽[2，3-b]苯并[d]噻吩中，取代基為甲基、乙基或苯基。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，其特征在于所述金屬為金、銀、鋁或銅； 所述合金為銅鋁合金或鋁銀合金；所述金屬氧化物為氧化銦錫； 所述導(dǎo)電聚合物為聚苯胺或聚噻吩；所述導(dǎo)電小分子化合物為7,7,8,8-四氰基對亞甲基苯醌與四硫富瓦烯的復(fù)合物； 所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物為式I所示6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩；
4、 根據(jù)權(quán)利要求l-3任一所述的晶體管，其特征在于所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物單 晶線的長度為80-300微米，直徑為1-10微米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述6—甲基一蒽[2,3-b]苯并[d] 噻吩是按照如下方法進(jìn)行制備的1) 二苯并噻吩與式ii結(jié)構(gòu)式所示的化合物發(fā)生傅克?；磻?yīng)生成式m結(jié)構(gòu)式所示的化合物；2) 式III結(jié)構(gòu)式所示的化合物發(fā)生自身傅克?；磻?yīng)生成式IV結(jié)構(gòu)式所示的化 合物；3) 式IV結(jié)構(gòu)式所示的化合物被還原得到式I所示的化合物；(式I )。所述式II、式III、式IV的結(jié)構(gòu)式分別如下:<formula>formula see original document page 3</formula>其中，R為甲基。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟l)中，所述傅克酰基化 反應(yīng)的反應(yīng)溶劑為二氯甲烷，催化劑為三氯化鋁；所述二苯并噻吩與式II結(jié)構(gòu)式所示 的化合物的摩爾比l.l: 1;所述步驟2)中，所述傅克?；磻?yīng)的反應(yīng)溶劑為鄰二氯苯，催化劑為三氯化 鋁和五氯化磷；所述步驟3)中，所述還原反應(yīng)的溶劑為四氫呋喃；還原劑為三氯化鋁和四氫鋁鋰。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l-6任一所述的方法，其特征在于所述襯底的厚度為300-800 微米，優(yōu)選400-500微米；所述柵電極的厚度為0.01-500微米，優(yōu)選400-500微米； 所述絕緣層的厚度為100-500納米，優(yōu)選300-500納米。
8、 一種制備權(quán)利要求1所述光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管的方法，包括如下步驟1) 在襯底上制備柵電極；2) 在所述步驟l)得到的柵電極之上制備絕緣層；3) 將所述步驟2)得到的帶有絕緣層的襯底與十八烷基三氯硅垸、八烷基三氯硅 烷、苯基三氯硅烷中的任意一種或任意兩種，于真空條件下加熱處理，得到自組裝單 分子修飾層；4) 向有機(jī)半導(dǎo)體化合物的飽和溶液中加入不良溶劑，所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物自 組裝成有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線，將至少一根所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線置于所述 步驟3)得到的自組裝單分子層上；5) 制備源電極和漏電極，得到所述光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管；其中，所述源電極和漏電極位于所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線的兩端。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟3)中，真空度為0.1-10 帕斯卡，加熱處理時的溫度為60-150°C，加熱時間為0.2-6小時；所述步驟4)中，有機(jī)半導(dǎo)體化合物為蒽[2,3-b]苯并[d]噻吩或取代的蒽[2,3-b]苯 并[d]噻吩，所述取代的蒽[2，3-b]苯并[d]噻吩中，取代基為甲基、乙基或苯基；所述有機(jī)半導(dǎo)體化合物的飽和溶液中，溶劑為二氯甲烷、三氯甲垸或甲苯，所述不良溶劑為乙醇或甲醇。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于所述步驟l)中，構(gòu)成襯底的材料為玻璃、陶瓷、聚合物或硅片；所述柵電極選自金屬、合金和金屬氧化物；所述金屬為金、銀、鋁或銅，所述合金為銅鋁合金或鋁銀合金，所述金屬氧化物為氧化銦錫；所述步驟2)中，構(gòu)成絕緣層的材料為二氧化硅或氮化硅；所述步驟4)中，自組裝時間為0.1-10小時；所述步驟5)中，構(gòu)成源電極和漏電極的材料為金屬、合金、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物或?qū)щ娦》肿踊衔铩?br> 11、 根據(jù)權(quán)利要求8-10任一所述的方法，其特征在于所述步驟l)中，柵電極的制備方法為真空熱蒸鍍、電子束蒸發(fā)、磁控濺射或等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積法;所述步驟2)中，所述絕緣層的制備方法為空氣熱氧化、電子束蒸發(fā)或磁控濺射;所述步驟3)中，混合步驟之前，先將所述步驟2)得到的帶有絕緣層的襯底依次用去離子水、乙醇和丙酮清洗并干燥；所述步驟5)中，源電極和漏電極的制備方法為真空熱蒸鍍、電子束蒸發(fā)或打印。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述步驟l)中，真空熱蒸鍍的真空度為10—5-10—3帕斯卡，蒸發(fā)速度為l-10埃/秒；電子束蒸發(fā)的真空度為10—7-10—4帕斯卡，蒸發(fā)速度為l-10埃/秒；磁控濺射的真空度為10—7-10_4帕斯卡，濺射速度為1-10埃/秒；等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積法的真空度為10—5-10_3帕斯卡，沉積區(qū)溫度為300-500度；所述步驟2)中，空氣熱氧化的溫度為900-1200°C，電子束蒸發(fā)的真空度為10一7-10—4帕斯卡，蒸發(fā)速度為1-10埃/秒；磁控濺射的真空度為10—7-10—4帕斯卡，濺射速度為1-10埃/秒；所述步驟5)中，熱蒸鍍的真空度為10_5-10—3帕斯卡，蒸發(fā)速度為l-10埃/秒-，電子束蒸發(fā)的真空度為10—7-10_4帕斯卡，蒸發(fā)速度為1-10埃/秒；打印方法中，打印速度為2米/秒，精度為5微米。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光傳感有機(jī)場效應(yīng)晶體管及其制備方法。該晶體管包括襯底、位于襯底之上的柵電極和位于柵電極之上的絕緣層；還包括位于絕緣層之上的自組裝單分子修飾層以及位于自組裝單分子層之上的源電極、漏電極和至少一根有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶線。構(gòu)成自組裝單分子層的材料為十八烷基三氯硅烷、八烷基三氯硅烷、苯基三氯硅烷等；有機(jī)半導(dǎo)體化合物優(yōu)選6-甲基-蒽[2，3-b]苯并[d]噻吩。該有機(jī)半導(dǎo)體化合物單晶長度為80-300微米，直徑為1-10微米。本發(fā)明提供的制備方法，制備工藝簡單，成本低；制備得到的有機(jī)場效應(yīng)晶體管對能量介于10～90微瓦每平方厘米之間的低能光源即有高的響應(yīng)，具有高遷移率，高感光靈敏度和高的光電流與暗電流之比。
文檔編號H01L51/00GK101645487SQ20091008076
公開日2010年2月10日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者貴 于, 劉云圻, 杜春燕, 狄重安, 蔣士冬, 郭云龍, 閆壽科 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所