[发明专利]一种制备复合物场效应晶体管的方法

说明书

本发明属于微电子器件领域，具体地，涉及一种制备复合物场效应晶体管的方法。本发明包括以下步骤：1)将聚合物分子溶解在有机溶剂中得到聚合物溶液，将石墨烯浸泡于聚合物溶液中，得到混合分散液；2)对混合分散液抽滤清洗，得到表面吸附聚合物的石墨烯复合物；3)将石墨烯复合物再次分散于有机溶剂中，制得复合物分散液；4)将复合物分散液滴加在具有微柱结构的硅片上并盖上一层平板基底，使聚合物‑石墨烯复合物在平板表面微柱位置自组装成规整的一维阵列，制成复合物场效应晶体管。本发明所制备的聚合物‑石墨烯复合结构场效应晶体管的性能较之于单纯聚合物场效应晶体管有了显著的提高，方法简单方便，成本低廉。

技术领域

本发明属于微电子器件领域，具体地，通过石墨烯与聚合物之间的非共价吸附，提供了一种简单高效制备高性能复合物场效应晶体管的方法。

背景技术

基于共轭聚合物分子的有机场效应晶体管在低成本、柔性、大面积电学器件如集成电路、压力传感器、有机存储元件等方面具有广泛的应用而受到人们的关注，然而聚合物的分子链较大，构像高度自由化以及不规则的链间缠绕现象会降低其迁移率，进而影响器件的电学性能。虽然目前已有报道通过优化其分子结构可以提高聚合物场效应晶体管的性能，但效果并不显著。为了进一步提高共轭聚合物场效应晶体管的性能，可以向其中加入高电场迁移率的分子，比如石墨烯、碳纳米管等。特别是石墨烯，这是一个零带隙的半导体，价带与导带对称地分布在费米能级上下，在狄拉克点交叉重合，电子在石墨烯中的传输遵循狄拉克方程，整个石墨烯分子结构中的每个π键相互共轭形成了巨大的共轭大π键，电子或空穴在如此巨大的共轭体系中可以以很高的电子费米速率移动，表现出零质量行为。载流子迁移率可达2×10⁵cm²V^-1s^-1，并具有室温量子霍夫效应、量子隧穿效应等电子传导现象。并且，为了进一步实现器件化，大规模制备并且排列组装成有序定向的结构是很有必要的。

发明内容

本发明目的在于：提供一种低成本、简单方便的提高共轭聚合物场效应晶体管性能的方法。利用石墨烯的大π共轭体系，与共轭聚合物分子之间的π-π相互作用力，使聚合物分子吸附在石墨烯分子表面形成聚合物-石墨烯的复合结构，再利用带有微柱结构的硅片制备出大面积方向可控、定位准确的直径为微米级的聚合物-石墨烯复合结构纳米线，同时可转移到特定的基底上，实现器件化应用。

本发明技术方案如下：

本发明的制备复合物场效应晶体管的方法，包括以下步骤：

1)将聚合物分子溶解在有机溶剂中得到聚合物溶液，将石墨烯浸泡于聚合物溶液中，使石墨烯与聚合物分子相互吸附，得到混合分散液；

2)利用过滤膜对混合分散液进行抽滤，对抽滤后的滤渣烘干后得到表面吸附聚合物的石墨烯复合物；

3)将步骤2)得到的石墨烯复合物再次分散于有机溶剂中，制得复合物分散液；

4)将复合物分散液滴加在具有微柱结构的硅片上并盖上一层平板基底，使聚合物-石墨烯复合物在微柱顶端自组装成规整的一维阵列，制成聚合物场效应晶体管。

根据本发明所述的方法，其中，步骤2)抽滤后使用与步骤1)相同的有机溶剂对滤渣进行淋洗，然后再抽滤，反复多次进行抽滤淋洗用以除去多余的聚合物分子。

根据本发明所述的方法，其中，步骤1)所述聚合物溶液的浓度为0.01-0.05mg/mL；所述混合分散液中石墨烯和聚合物的质量比约为1:0.05～1:1。

根据本发明所述的方法，本发明适用于适用于多种聚噻吩类p型共轭高分子，例如但不限于聚烷基噻吩(P3AT)；或者，多并苯类化合物，如萘、蒽、并四苯、并五苯、并六苯；或者，含有杂原子的共轭体系。

根据本发明所述的方法，其中优选地，步骤1)所述有机溶剂为邻二氯苯、四氢呋喃、二氯甲烷、N，N-二甲基甲酰胺和氯苯等中的一种或几种。