[发明专利]一种瞬态有机场效应晶体管及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种瞬态有机场效应晶体管及其制备方法与应用。所述瞬态有机场效应晶体管的结构如下：由下至上依次为衬底、栅极、绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极；绝缘层由天然高分子形成，厚度为150nm～350nm；天然高分子为淀粉、葡聚糖、普鲁兰多糖和果胶中任一种。本发明利用交联的葡聚糖作为介电层，成功地制造了可控降解的、高迁移率的有机场效应晶体管，获得的器件即使在高湿度条件下也可以正常工作。完成任务后，器件可以在真菌的触发下对其进行可控的生物降解：首先从所述衬底上将器件整体剥离，形成自支撑超柔性器件，然后放在发霉食物的真菌上在室温条件下进行降解，发霉的食物可为水果、谷物、蔬菜，降解时间可为2h～70h。

技术领域

本发明涉及一种瞬态有机场效应晶体管及其制备方法与应用，属于有机电子领域。

背景技术

瞬态电子器件是一种利用“瞬态电子”技术制造的电子元件，可以在短时间内自然溶解。这样的电子产品可以实现电子垃圾的零排放，并能有效地解决环境污染的问题。迄今为止，各种瞬态电子器件已经被发明，例如晶体管(Adv.Funct.Mater.2020,30，1909707；PNAS 2017,114,5107)，超级电容器(ACS Appl.Mater.Inter.2021,13,8285)，传感器(Nat.Biomed.Eng.2019,3,47；Adv.Funct.Mater.2017,27,1702390)。其中，有机场效应晶体管作为柔性逻辑电路和有源矩阵显示器的基本单元，是瞬态“绿色”电子产品开发中不可或缺的重要组成部分。然而目前制备的瞬态晶体管大多数仅在水溶液或生物流体中发生降解，对触发和降解过程的控制有限(Adv.Funct.Mater.2019,1808739)。这些瞬态晶体管也都展示非常低的场效应性能(从0.01～1.4cm²V^-1s^-1)，主要的原因是目前报道的瞬态晶体管大都采用水溶性介电材料作为绝缘层，例如聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚乙二醇等。这些介电材料通常富含亲水性和极性基团，这不可避免地导致器件无法在高湿度或水环境下正常工作。而且由于这些介电材料中的双电层效应不可避免地造成在高频率下的迁移率的错误计算。因此，急需开发一种新的高性能的瞬态有机场效应晶体管，并且可以实现器件的可控降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能瞬态有机场效应晶体管，本发明采用交联的天然聚合物材料作为有机场效应晶体管的绝缘层，可以消除极性基团制备高性能有机场效应晶体管器件，并且可以利用生活垃圾中产生的各种真菌将其可控的降解。

本发明所提供的瞬态有机场效应晶体管，由下至上依次为衬底、栅极、绝缘层、有机半导体层、源电极和漏电极；

其中，所述绝缘层由天然高分子形成，厚度为150nm～350nm。

所述天然高分子可为淀粉、葡聚糖、普鲁兰多糖和果胶中任一种；

所述淀粉的分子量可为3000～500000；

所述葡聚糖的分子量可为5000～500000；

所述普鲁兰多糖的分子量可为20000～2000000；

所述果胶的分子量可为50000～300000。

上述的瞬态有机场效应晶体管中，所述衬底可为硬质衬底或柔性衬底；

所述硬质衬底可为硅、二氧化硅或玻璃；

所述柔性衬底可为聚对苯二甲酸乙二酯。

上述的瞬态有机场效应晶体管中，所述栅极的材质可为PEDOT与PSS的混合物、金、铝、银或铜；

所述栅极的厚度为10nm～50nm；