[发明专利]一种应用于光/电双控有机场效应晶体管的本体异质结

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于光/电双控有机场效应晶体管的本体异质结，属于有机固体电子器件领域。

背景技术

近年来，由于有机电子具有低成本，低温加工及机械柔性等众多优势，已经迅速地成为了学术和工业研究人员的关注热点，如何将其应用在信息领域已经成为研究的主流趋势。而在存储阵列、柔性显示驱动、逻辑门、模拟数字转换器、无线射频标识、灵活的放大器及微处理器这些不同的信息应用中，有机场效应晶体管是一个至关重要的组份。

目前异质结在有机场效应晶体管中的应用主要集中在双极性有机场效应晶体管。相对于双层异质结来说，本体异质结能够降低对器件加工的要求并且能够通过材料共蒸或旋涂的方式一次性成膜，工艺更为简洁。尽管已经有关于本体异质结应用于有机场效应晶体管的报道，如2012年P.Samori等人采用溶液加工的方法将3-己基噻吩的聚合物(P3HT)和一种光致变色材料溶液制备出本体异质结并应用到有机场效应晶体管中，实现了光调控有机场效应晶体管的功能(N.Koch,S.Hecht,P.Samori,Nat Chem 2012,4,675)。但关于应用本体异质结能够制备出存储型的光/电双控有机场效应晶体管的报道暂未发现。

在过去的几十年中，有机场效应晶体管已经取得了很多显著的成绩，但是为满足越来越高的技术需求，具有特定功能的新型有机场效应晶体管的发展将为有机电子的发展提供新的发展方向。而具有光敏和光电效应的材料将对器件性能产生巨大的变化，这将使得采用光敏材料的晶体管能够应用于光探测器、光诱导开关、光电存储等领域。

在众多的光敏性材料中，光致变色材料由于其在光异构化过程中，吸收光谱、氧化还原电位、折射率等物理性质能够发生可逆变化，吸引了大量的关注。基于光致变色材料的这一独特性质，其能够应用于不同类型的光调制器件。

光致变色材料在光照前后，开环态与闭环态的氧化还原电位会发生较大的变化，从而使其在光学开关中的载流子传输特性发生变化。这意味着光致变色材料在某种程度上，不仅能传输载流子，在细致地条件下也能够阻碍载流子。与之前提及的光致变色材料在光异构化程中会进行一系列的物理性质变化，而其前沿轨道能量的变化能够被用来应用于电子器件，此时，匹配的能级对于通过适当电场的作用在有机半导体层发生有效地载流子注入和传输是非常重要的。

尽管目前，许多有机场效应晶体管中已经包含光致变色材料，但这些分子作为光敏性组分，处于有机半导体和栅极绝缘层之间，因为光致变色层和沟道是分开的，光环合作用无法通过沟道有效地调制漏电流，因此光诱导电流调制很小。如何有效地利用光致变色材料的特性，结合已有的电调制的方式，拓宽调制有机场效应晶体管特性的方法，使其能够应用于更多的电子器件领域成为了目前亟待解决的问题。在本发明中，我们采用光致变色材料和电荷传输型半导体材料共蒸的方式制备有机场效应晶体管，在既要保证制备的本体异质结保留光响应的性质时，同时也要保证光致变色材料的前沿轨道能级能与电荷传输型半导体材料相匹配，从而能利用光致变色材料的光调控特性改变本身的前沿轨道能级后，与电荷传输型半导体材料相互作用使得内部载流子浓度发生变化，有机场效应晶体管的电流大小也随之改变。同时该有机场效应晶体管也能够在电场的作用下，改变内部的载流子浓度，相应的电流也会发生变化。因此能够实现光/电双控有机场效应晶体管。通过有效利用本体异质结的光响应性质，拓宽有机场效应晶体管的调控因素，并将开拓其在有机固体电子器件领域的更多应用，例如逻辑门，发光二极管，光电晶体管，有机存储器等。

发明内容

为了实现光/电双模式下对有机场效应晶体管中载流子的调控，本发明将有机光致变色材料和电荷传输型半导体材料掺杂作为本体异质结，应用于有机场效应晶体管。本体异质结在光照下，内部的光致变色材料前沿轨道能级发生变化，从而能够改变有机场效应晶体管中载流子的浓度，体现在电流的变化，同时在电场的作用下也能够改变有机场效应晶体管中载流子浓度，电流相应改变。因此最终达到光/电双控有机场效应晶体管的目的。

本发明的技术方案如下。

本发明提供一种应用于光/电双控有机场效应晶体管的本体异质结，该本体异质结是由一种光致变色材料和电荷传输型半导体材料掺杂得到。所述本体异质结是由光致变色材料与电荷传输型半导体材料共蒸而成，光致变色材料与半导体材料的共蒸比例为：0.17-0.5。

优选地，所述光致变色材料，选自二芳基乙烯类、偶氮化合物类、螺吡喃类，其分子通式如下之一：