一種改善有機薄膜晶體管性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到有機場效應晶體管的制備方法，尤其涉及到一種改善有機薄膜晶體 管性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無機電子器件問世以后，基于有機半導體的電子器件的應用前景隨著時間的推移 而越發(fā)廣闊，比如有機太陽能電池、有機發(fā)光二極管、有機場效應晶體管、有機光電存儲器 等納米器件。其中，有機場薄膜晶體管，簡稱organic thin-film transistor (OTFT)，在經(jīng) 歷了多年的調(diào)查研宄后，其頗具吸引力的特征逐漸映入大眾眼簾。
[0003] OTFT的獨特優(yōu)勢在于它可實現(xiàn)大面積機械柔性顯示，同時擁有高性能、低功 耗、低成本和易加工等技術(shù)特點，作為顯示器色彩豐富清晰。如今對于OTFT的追求之 一在于進一步地縮短響應時間提升其性價比，諸多的努力也使得OTFT在環(huán)境生物等 領(lǐng)域的傳感檢測方面有用武之地。比如，Narayan和他的團隊最初研宄出的一種基于 poly(3_octylthiophene-2, 5-diyl)的OTFT光傳感器，就已經(jīng)可以獲得100的開關(guān)電流的 比（K.S.Narayan and N.Kumar, Appl.Phys.Lett. 2001,79,1891-1893).。由此，各國各公 司、高等院校和科研院所開始緊張密集地研宄，以角逐這個行業(yè)的龍頭老大，爭取研發(fā)OTFT 應用產(chǎn)品的一席之地。
[0004] OTFT中使用的有機材料基本可分為兩類，一是聚合物，比如商業(yè)化藥品 poly(3_hexylthiophene)，簡稱P3HT ;另一類則是小分子，典型例子則是并五苯。由于 眾多聚合物中強大的鍵間作用可以大大促進載流子的傳輸，越來越多的研宄致 力于各種能改善OTFT載流子迀移率、電流開關(guān)比、閾值電壓和亞閾值擺幅等性能參數(shù)的 有機新型功能材料的使用。為了進一步增強OTFT性能，努力工作主要集中在以下幾個 方面：（1)研宄探尋合成路線以構(gòu)建出更利于載流子傳輸?shù)牟牧夏Ｐ停饕糜诨钚詫印?介電層和部分修飾層材料材料。（2)與傳統(tǒng)的涂膜技術(shù)相比較，溶液法等新型途徑獲得 的有機薄膜在大面積、低成本的OTFT器件制備技術(shù)中更有潛在優(yōu)勢。甚至在2014年， S. Tiwari等人發(fā)現(xiàn)懸浮膜轉(zhuǎn)移法獲得的OTFT電學性能比旋涂膜法制備的器件效果更佳 (S. Tiwari, ff. Takashima, S. Nagamatsu, S. K. Balasubramanian, and R. Prakash, J. Appl. Phys. 2014, 116, 094306)。（3)由于載流子流經(jīng)的活性層與介電層的距離僅為幾個分子的 厚度，所以半導體和介電層的界面效應成為改善OTFT性能的重要方式之一，通過適當?shù)慕?面修飾或自組裝處理可以顯著提升其載流子迀移率（X. Zhao, Q. Tang, H. Tian, Y. Tong, and Y. Liu, Org. Electron. 2015, 16, 171-176)。（4)此外，越來越多的小組開始在活性層中摻雜 各種有機分子，以此進一步增強其導電性。不同有機材料的摻雜濃度會導致OTFT活性層 表面形貌的變化，部分還會由于結(jié)晶度的差異影響其性能（H. Kleemann, C. Schuenemann, A. A. Zakhidov, M. Riede, B. LUssem, and K. Leo, Org. Electron. 2012, 13, 58-65) 〇
[0005] 雖然我國的科研水平與發(fā)達國家?guī)缀跬?，但是OTFT經(jīng)典活性層材料的單一使 用使得性價比無法進一步提升，導致基于OTFT器件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)應用明顯不足。
[0006] 但是現(xiàn)有技術(shù)存在的問題有：（1)傳統(tǒng)經(jīng)典材料的頻繁使用致使制備成本過高； (2)制備OTFT工藝手段較為復雜；（3)傳統(tǒng)器件能耗太大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種在新型低聚材料中摻雜聚合物改善有機 薄膜晶體管性能的方法，其技術(shù)方案如下：
[0008] -種改善有機薄膜晶體管性能的方法，其步驟如下：
[0009] 步驟一：將單面帶有厚度為300nm二氧化硅的P型摻雜硅片壓在無塵紙上，沿刻度 標尺用金剛石尖刀拉劃切割成小片；
[0010] 步驟二：將經(jīng)過步驟一處理的硅片依次經(jīng)去離子水清洗10分鐘、丙酮清洗20分 鐘、乙醇清洗15分鐘，在80°C下烘30分鐘后取出；
[0011] 步驟三：將經(jīng)過步驟二處理的硅片置于培養(yǎng)皿中放入真空干燥箱，在培養(yǎng)皿中硅 片旁用毛細吸管滴入一滴0TS，在120°C下烘3小時后取出。
[0012] 步驟四：將經(jīng)過步驟三處理的硅片轉(zhuǎn)移到惰性氣體手套箱，旋涂上OTFT新型活性 層材料BFTII和經(jīng)典材料P3HT的混合溶液，熱退火，BFTII的分子結(jié)構(gòu)如下：
[0013]
[0014] 步驟五：熱退火處理后轉(zhuǎn)移到真空腔室，裝好金屬掩模板，真空沉積一層金電極。
[0015] 步驟六：電極蒸鍍完畢后，用測試臺和Keithley源表對制得的OTFT進行電學性能 測試。
[0016] 步驟七：涂紫外固化膠、蓋上玻璃片、紫外固化，封裝完畢。
[0017] 所述步驟一中單個娃片切割尺寸為I. 6cmX I. 4cm。
[0018] 所述步驟四中將P3HT摻入BFTII用氯仿做溶劑配成溶液的濃度為4mg/mL，P3HT 占溶質(zhì)的質(zhì)量百分比從〇 %開始每10 %增加一次進行比較。
[0019] 所述步驟四中旋涂轉(zhuǎn)速為3000r/min，持續(xù)時間30秒，厚度為60nm。
[0020] 所述步驟四中熱退火為130°C真空退火10分鐘。
[0021] 所述步驟五中金屬掩膜板的溝道長為80 ym，溝道寬為8800 ym。
[0022] 所述步驟五中電極的沉積速度為I A/s。
[0023] 本發(fā)明制造成本低，工藝簡單，通過在新型低聚OTFT活性層材料中摻雜聚合物和 熱退火方法，即可使得OTFT在保持較低閾值電壓的條件下，載流子迀移率提升兩個以上數(shù) 量級，開關(guān)比也能上升一個數(shù)量級，適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用。
【附圖說明】
[0024] 圖1制得的OTFT結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖2 BFTII活性層在不同P3HT摻雜濃度下的X射線衍射圖譜。
[0026] 圖3純BFTII活性層的原子力顯微圖像。
[0027] 圖4 BFTII活性層在10% P3HT摻雜濃度下的原子力顯微圖像。
[0028] 圖5 BFTII活性層在20% P3HT摻雜濃度下的原子力顯微圖像。
[0029] 圖6 BFTII活性層在30% P3HT摻雜濃度下的原子力顯微圖像。
[0030] 圖7 BFTII活性層在40% P3HT摻雜濃度下的原子力顯微圖像。
[0031] 圖8制得的性能最佳OTFT器件為P3HT在活性層中摻雜濃度20%時的轉(zhuǎn)移特性曲 線。
[0032] 圖9制得的性能最佳OTFT器件為P3HT在活性層中摻雜濃度20%時的輸出特性曲 線。
[0033] 圖10 OTFT載流子迀移率在不同P3HT摻雜濃度下的比較。
[0034] 圖11 OTFT電流開關(guān)比在不同P3HT摻雜濃度下的比較。
[0035] 圖12 OTFT閾值電壓在不同P3HT摻雜濃度下的比較。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)