[发明专利]一种有机场效应晶体管及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机场效应晶体管及其制备方法与应用。

背景技术

逻辑电路和存储电路是电子产品最基本的组成部分。这些基本单元的发展基本上都是围绕成本降低来进行的。其中记忆单元降低成本的方法通常有两种：一是通过缩小单个存储单元的尺寸，二是在同一个存储单元上实现多于一个比特的存储。由于缩小尺寸受到光刻技术的限制，因此人们将更多的目光转移到了多比特存储器件上，从而实现高密度的存储。多比特存储的目标就是在一个晶体管中实现2ⁿ个阈值电压，从而得到n比特的存储效果。具有多比特存储效应的硅基晶体管，以其高度的集成性已经被广泛应用。

另一方面有机场效应晶体管由于在柔性显示，有机集成电路等方面的潜在应用前景引起了人们广泛的研究兴趣。自从上世纪80年代有机场效应晶体管发明以来(Tsumura，A.；Koezuka，H.；Ando，T.Appl.Phys.Lett.1986，49，1210)，有机场效应晶体管以其自身独特优点，主要包括其制备工艺简单、成本低廉、重量轻、柔韧性好等吸引着人们的目光。近几年来，有机场效应晶体管在材料(有机半导体材料，电极材料，绝缘层材料)、器件性能和其应用的开发等各方面均取得了长足的发展。目前，基于有机半导体的场效应晶体管的主要性能指标(迁移率和开关比)已经达到和无定形硅器件性能相媲美的程度(Nelson，S.F.；Lin，Y.Y.；Gundlach，D.J.；Jackson，T.N.Appl.Phys.Lett.1998，72，1854)，这使得有机场效应晶体管具备了走向应用的基本要素。另一方面有机材料的独特的光电性质使其在光开关，光传感器等方面有了很大的发展，但是将光学性质与晶体管的存储性质相结合的研究还相对较少。

具有存储效应的有机场效应晶体管以其简单的制备工艺，易柔性化等特点，成为进一步降低信息存储成本的又一有效途径，因此如何实现有机场效应晶体管的信息存储研究具有十分重要的意义。近来，人们采用各种手段来实现这一目的，例如：利用具有铁电性能的含氟聚合物(R.Schroeder，L.A.Majewski，M.Grell，Adv.Mater.2004，16，633.)，有介电性能的聚合物材料聚乙烯醇(Th.B.Singh，N.Marjanovic，G.J.Matt，N.S.Sariciftci，R.S.Bauer，Appl.Phys.Lett.2004，85，5409.)和聚对甲基苯乙烯(K.-J.Baeg，Y.-Y.Noh，J.Ghim，S.-J.Kang，H.Lee，D.-Y.Kim，Adv.Mater.2006，18，3179.)等采用不同的操作方法将电信号写入聚合物材料实现了有机晶体管的信息存储，但是这些研究都是基于单比特存储所进行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机场效应晶体管及其制备方法。

本发明所提供的有机场效应晶体管，包括衬底、位于所述衬底上的栅极电极、位于所述栅极电极上的由无机材料制成的绝缘层、位于所述绝缘层上的聚合物层、位于所述聚合物层上的有机半导体层以及位于所述有机半导体层上的源漏电极。

本发明所提供的制备有机场效应晶体管的方法，包括以下步骤：

1)在衬底上沉积栅极电极、然后在栅极电极上沉积由无机材料制成的绝缘层；

2)将沉积有栅极电极和绝缘层的衬底，依次用去离子水、乙醇、丙酮超声清洗后烘干，然后用甩膜法将聚合物溶液旋涂于绝缘层表面，烘干，得到了聚合物层；

3)在步骤2)制备的聚合物层上采用有机物成膜方法制备有机半导体层；

4)在步骤3)制备的有机半导体层上制备源电极和漏电极，得到有机场效应晶体管。

所述方法还包括活化的步骤：在光能量密度为0.01～10毫瓦每平方厘米的可见光照射下，在大气环境和室温条件下对所述步骤4)的有机场效应晶体管的阈值电压进行调控。

其中，所述衬底是由下述四种材料中的一种制成：玻璃、陶瓷、聚合物和硅片。

所述聚合物层由下述三种材料中的一种或其任意组合制成：聚苯乙烯，聚丙烯酸甲酯和聚碳酸酯；所述聚合物层的厚度10～100纳米。所述有机半导体层是由有机小分子材料和/或高分子材料构成；所述有机小分子材料优选为并五苯或酞菁铜；所述有机物成膜方法为下述四种方法中的一种：真空蒸镀法、甩膜法、滴膜法和印刷法；所述有机半导体层的厚度为10～150纳米。

经活化后的有机场效应晶体管也属于本发明的保护内容。

本发明所提供的有机场效应晶体管以及经活化后的有机场效应晶体管可作为多比特存储器。