[发明专利]一种有机单晶晶体管阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种场效应晶体管阵列的制备方法，尤其涉及一种有机单晶晶体管阵列的制备方法，属于半导体材料领域。

背景技术

有机场效应晶体管可以应用于有源驱动显示、大规模集成电路、传感器、有机激光等，具有广阔的应用前景。相对于无机半导体材料，应用于有机场效应晶体管的有机半导体材料具有成本低、产量高、质轻柔软等优点，并且有机半导体有望在分子区域内实现对电子运动的控制，有望突破Moore定律的限制，极大地提高电路的集成度与计算机的运行速度。

有机场效应晶体管的发展是先从有机薄膜场效应晶体管开始的，但是其性能受薄膜形貌和制备情况的影响很大，而有机单晶内则不存在晶界，也排除了分子排列无序的问题，因此有机半导体单晶场效应晶体管成为当今世界的研究热点。但是目前的组装技术大多还是手工操作有机单晶进而制备晶体管器件，这样不但会引入一些缺陷，降低器件的性能，而且也不适用于组装大面积有机单晶晶体管的密集阵列。另外有机单晶晶体管阵列还可以显著地降低器件间的漏电流，进而提高器件的性能，所以发展新的有机单晶晶体管阵列的组装技术具有重大意义。

在2006年，美国Standford大学的Zhenan Bao等人采用物理气相传输方法和聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)打印技术相结合的方法制备了大面积微晶晶体管阵列(A.L.Briseno，Zhenan Bao，et al.Nature，2006，444：913-917)，随后他们又对此方法进行了改进，但是微纳米晶体在晶体管绝缘层和源漏电极表面排列的均匀性较差，直接影响了器件的性能。此外其它的一些组装技术，比如溶液法(Stefan C.B.Mannsfeld，Zhenan Bao，et al.Advanced Materials，2008，20：4044-4048)、“Dry-tapping”法(Shuhong Liu，Zhenan Bao，et al.Chem.Mater，2009，21：15-17)等，也没有很好解决晶体排列均匀性差的问题。

发明内容

针对上述现有制备大面积微晶晶体管阵列技术的不足，本发明的目的旨在提出一种有机单晶晶体管阵列及其制备方法，克服现有手工操作有机单晶制备晶体管阵列器件所带来的一些问题，并进一步发展大面积微晶晶体管阵列的组装技术。

本发明的一个目的，将通过以下技术方案来实现：

一种有机单晶晶体管阵列，所述阵列为底栅极底接触结构，自底部朝向上表面依次包括基底的栅极、绝缘层、源漏电极阵列及有机半导体晶体，其特征在于：所述源漏电极阵列表面修饰有诱导晶体生长的石墨烯，有机半导体晶体生长于石墨烯薄膜之上。

进一步地，其中所述的源漏电极阵列为金属电极，其厚度为40nm，沟道长度可选包括10μm～100μm；而所述有机半导体晶体的生长原料至少包括并五苯、红荧烯、C60。

本发明另一目的的实现，通过一种有机单晶晶体管阵列的制备方法，其特征在于包括步骤：

I、选用掺杂的硅片作为基底的栅极，并在栅极上部制备硅的氧化绝缘层，得到底片；II、通过光刻在底片上制备源漏电极阵列；III、制备与源漏电极阵列相吻合的PDMS阵列，再将石墨烯涂布到该PDMS阵列上并风干；IV、通过将两阵列压合，去除PDMS阵列，将石墨烯遮覆于源漏电极阵列之上；V、对步骤IV所得晶体管表面通过物理气相传输方法蒸镀有机半导体材料，调控生长工艺参数，制备得到有机单晶晶体管阵列。

进一步地，前述一种有机单晶晶体管阵列的制备方法，步骤III中该涂布的石墨烯浓度范围以0.1-1M为宜。用PDMS面板将石墨烯转移到源漏电极和SiO₂绝缘层表面时，只需将带有石墨烯的PDMS面板轻压在底片上3-8分种，处理后无需清洗或加热处理。

应用实施本发明的技术方案，其有益效果为：

本发明通过对底片进行修饰诱导晶体生长，成功制得了排列均匀性佳的大面积有机单晶晶体管阵列，有效克服了传统手工操作有机单晶进而制备晶体管器件的诸多缺陷，促进了有机场效应晶体管的研究应用。

具体实施方式