[发明专利]一种提高有机场效应晶体管性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机微电子学领域，具体涉及一种提高有机单晶半导体材料的场效应晶体管性能的方法。

  

背景技术

自从19世纪80年代首次发现有机材料具有场效应特性之后，（A.Tsumura, H. Koezuka, T. Ando, Appl. Phys. Lett. 1986, 49, 1210）基于有机半导体材料的场效应晶体管广受关注。由于它材料来源广、成膜技术多、低温加工、电学性质容易调制、可与柔性衬底兼容、器件尺寸小、集成度高、适合大批量生产和低成本等突出的优势，有机场效应晶体管具有非常广阔的市场前景。它不仅可以制成大规模互补集成电路（B. Crone, A. Dodabalapur, Y.Y Lin, R. W. Filas, Z. Bao et al. Nature, 2000, 403,521）、大面积器件，还可以用于平面显示器的驱动（J.A. Rogers, Z. Bao, K. Baldwin, A. Dodabalapur, B. Crone et al. Proc. Nati. Acad. Sci. 2001, 98, 4835）、智能卡、身份识别卡以及气体传感器等领域（B. Crone, A. Dodabalapur, A. Gelperin, L. Torsi, H.E. Katz, A. J. Lovinger, Z. Bao, Appl. Phys. Lett. 2001,78, 2229）。 

然而，有机场效应晶体管的性能离实际应用的要求还是有一定的差距。因此，目前的研究主要集中在提高器件性能方面。这些性能主要包括：器件的迁移率、阈值电压、开关比以及亚阈值斜率等。其中，迁移率是评价有机半导体材料和晶体管器件的最重要指标之一( G. Horowitz, Adv. Mater. 1998, 10, 365)，而且它决定某种有机半导体材料是否能实际应用。因此，提高有机半导体材料场效应晶体管的迁移率一直是关系到有机场效应晶体管应用前景的重要问题。 

目前，提高有机场效应晶体管器件的迁移率方法主要有以下几种：（1）设计并合成具有高性能的新型有机半导体材料。有机场效应晶体管的迁移率与有机半导体的分子构型和晶体结构有密切联系，尤其是分子本身的共轭度。因此，通过设计并合成能够获得迁移率较高的新材料。通过研究人员的不断努力，近年来不断有新型有机半导体材料被合成出来（J.A. Merlo, C.R. Newman, C.P. Gerlach, T.W. Kelley, D.V.Muyres, S.E. Fritz, M.F. Toney, C.D. Frisbie, J. Am. Chem. Soc, 2005, 127, 3997; A. Facchetti, M. Mushrush, M. Yoon, G.R. Hutchison, M.A. Ratner, T.J. Marks, J. AM. Chem. Sci. 2004, 126, 13859; Q. Miao, T. Nguyen, T. Someya, G.B. Blanchet, C. Nuckolls, J. AM. Chem. Sci. 2003, 125, 10284）；（2）改进和优化有机场效应晶体管制备技术。如，对有机半导体原料进行多次提纯（O.D Jurchescu, J. Baas, T.T.M Palstra, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 3061）、提高有序度和结晶质量（Z. Bao, A.J. Lovinger, J. Brown, J. AM. Chem. Sci. 1998, 120, 207）、高介电常数的绝缘层（F. Garnier, G. Horowitz, X.Z Peng, D. Fichou, Adv. Mater. 1990, 2, 592）等方法提高有机场效应晶体管的迁移率；（3）采用新的场效应晶体管构型来提高有机场效应晶体管的性能（M. Morana, G. Bret, C. Brabec, Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 153511）。 

虽然采用以上几种方法能够提高有机场效应晶体管的性能，但是存在一些问题。一是，采用这些方法均会提高成本和延长研发周期。二是，这些方法过程复杂且缺乏通用性。三是，这些方法需要构筑新型器件或开发新材料，不能用于已有的器件构型或性能较差的器件或材料。上述问题限制了这些工艺在提高有机场效应晶体管性能方面的应用，为了克服这些障碍，促进有机器件电路的实用化，需要开发成本低廉、工艺简单且适用性强的器件优化工艺。