一種應用于光/電雙控有機場效應晶體管的本體異質(zhì)結(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應用于光/電雙控有機場效應晶體管的本體異質(zhì)結(jié)，屬于有機固 體電子器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于有機電子具有低成本，低溫加工及機械柔性等眾多優(yōu)勢，已經(jīng)迅速地 成為了學術(shù)和工業(yè)研宄人員的關(guān)注熱點，如何將其應用在信息領(lǐng)域已經(jīng)成為研宄的主流趨 勢。而在存儲陣列、柔性顯示驅(qū)動、邏輯門、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、無線射頻標識、靈活的放大器 及微處理器這些不同的信息應用中，有機場效應晶體管是一個至關(guān)重要的組份。
[0003] 目前異質(zhì)結(jié)在有機場效應晶體管中的應用主要集中在雙極性有機場效應晶體管。 相對于雙層異質(zhì)結(jié)來說，本體異質(zhì)結(jié)能夠降低對器件加工的要求并且能夠通過材料共蒸或 旋涂的方式一次性成膜，工藝更為簡潔。盡管已經(jīng)有關(guān)于本體異質(zhì)結(jié)應用于有機場效應晶 體管的報道，如2012年P(guān). Samori等人采用溶液加工的方法將3-己基噻吩的聚合物（P3HT) 和一種光致變色材料溶液制備出本體異質(zhì)結(jié)并應用到有機場效應晶體管中，實現(xiàn)了光調(diào)控 有機場效應晶體管的功能（N. Koch, S. Hecht, P. Samori, Nat Chem 2012,4,675)。但關(guān)于應 用本體異質(zhì)結(jié)能夠制備出存儲型的光/電雙控有機場效應晶體管的報道暫未發(fā)現(xiàn)。
[0004] 在過去的幾十年中，有機場效應晶體管已經(jīng)取得了很多顯著的成績，但是為滿足 越來越高的技術(shù)需求，具有特定功能的新型有機場效應晶體管的發(fā)展將為有機電子的發(fā)展 提供新的發(fā)展方向。而具有光敏和光電效應的材料將對器件性能產(chǎn)生巨大的變化，這將使 得采用光敏材料的晶體管能夠應用于光探測器、光誘導開關(guān)、光電存儲等領(lǐng)域。
[0005] 在眾多的光敏性材料中，光致變色材料由于其在光異構(gòu)化過程中，吸收光譜、氧化 還原電位、折射率等物理性質(zhì)能夠發(fā)生可逆變化，吸引了大量的關(guān)注。基于光致變色材料的 這一獨特性質(zhì)，其能夠應用于不同類型的光調(diào)制器件。
[0006] 光致變色材料在光照前后，開環(huán)態(tài)與閉環(huán)態(tài)的氧化還原電位會發(fā)生較大的變化， 從而使其在光學開關(guān)中的載流子傳輸特性發(fā)生變化。這意味著光致變色材料在某種程度 上，不僅能傳輸載流子，在細致地條件下也能夠阻礙載流子。與之前提及的光致變色材料在 光異構(gòu)化程中會進行一系列的物理性質(zhì)變化，而其前沿軌道能量的變化能夠被用來應用于 電子器件，此時，匹配的能級對于通過適當電場的作用在有機半導體層發(fā)生有效地載流子 注入和傳輸是非常重要的。
[0007] 盡管目前，許多有機場效應晶體管中已經(jīng)包含光致變色材料，但這些分子作為光 敏性組分，處于有機半導體和柵極絕緣層之間，因為光致變色層和溝道是分開的，光環(huán)合作 用無法通過溝道有效地調(diào)制漏電流，因此光誘導電流調(diào)制很小。如何有效地利用光致變色 材料的特性，結(jié)合已有的電調(diào)制的方式，拓寬調(diào)制有機場效應晶體管特性的方法，使其能夠 應用于更多的電子器件領(lǐng)域成為了目前亟待解決的問題。在本發(fā)明中，我們采用光致變色 材料和電荷傳輸型半導體材料共蒸的方式制備有機場效應晶體管，在既要保證制備的本體 異質(zhì)結(jié)保留光響應的性質(zhì)時，同時也要保證光致變色材料的前沿軌道能級能與電荷傳輸型 半導體材料相匹配，從而能利用光致變色材料的光調(diào)控特性改變本身的前沿軌道能級后， 與電荷傳輸型半導體材料相互作用使得內(nèi)部載流子濃度發(fā)生變化，有機場效應晶體管的電 流大小也隨之改變。同時該有機場效應晶體管也能夠在電場的作用下，改變內(nèi)部的載流子 濃度，相應的電流也會發(fā)生變化。因此能夠?qū)崿F(xiàn)光/電雙控有機場效應晶體管。通過有效 利用本體異質(zhì)結(jié)的光響應性質(zhì)，拓寬有機場效應晶體管的調(diào)控因素，并將開拓其在有機固 體電子器件領(lǐng)域的更多應用，例如邏輯門，發(fā)光二極管，光電晶體管，有機存儲器等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了實現(xiàn)光/電雙模式下對有機場效應晶體管中載流子的調(diào)控，本發(fā)明將有機光 致變色材料和電荷傳輸型半導體材料摻雜作為本體異質(zhì)結(jié)，應用于有機場效應晶體管。本 體異質(zhì)結(jié)在光照下，內(nèi)部的光致變色材料前沿軌道能級發(fā)生變化，從而能夠改變有機場效 應晶體管中載流子的濃度，體現(xiàn)在電流的變化，同時在電場的作用下也能夠改變有機場效 應晶體管中載流子濃度，電流相應改變。因此最終達到光/電雙控有機場效應晶體管的目 的。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0010] 本發(fā)明提供一種應用于光/電雙控有機場效應晶體管的本體異質(zhì)結(jié)，該本體異質(zhì) 結(jié)是由一種光致變色材料和電荷傳輸型半導體材料摻雜得到。所述本體異質(zhì)結(jié)是由光致 變色材料與電荷傳輸型半導體材料共蒸而成，光致變色材料與半導體材料的共蒸比例為： 0. 17-0. 5〇
[0011] 優(yōu)選地，所述光致變色材料，選自二芳基乙烯類、偶氮化合物類、螺吡喃類，其分子 通式如下之一：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種應用于光/電雙控有機場效應晶體管的本體異質(zhì)結(jié)，其特征在于所述本體異質(zhì) 結(jié)是由光致變色材料與電荷傳輸型半導體材料共蒸而成，光致變色材料與半導體材料的共 蒸比例為：〇. 17-0. 5。
2. 如權(quán)利要求1所述的本體異質(zhì)結(jié)，其特征在于所述光致變色材料，選自二芳基乙烯 類、偶氮化合物類、螺吡喃類，其分子通式如下之一：
其中R為芳香環(huán)衍生物，包括噻吩類、芴類、咔唑類、三苯胺類、螺芴類、并苯類、螺芴氧 雜蒽類、吲哚類、苯并呋喃類、苯并噻吩類、萘類、那烯類、菲類、嗪惡吩類、嗪噻吩類或芘類， 分子結(jié)構(gòu)為如下之一：
其中X為氫、鹵素和碳個數(shù)小于22的直鏈、支鏈和環(huán)狀的烷基或烷氧基。
3. 如權(quán)利要求1所述的本體異質(zhì)結(jié)，其特征在于所述光致變色材料為1，2-二 (5-芴-2-甲基噻吩-3)環(huán)戊烯或1，2_二（5-(2_苯胺苯并惡唑）-2_甲基噻吩-3)環(huán)戊 '烯。
4. 如權(quán)利要求1所述的本體異質(zhì)結(jié)，其特征在于所述的電荷傳輸型半導體材料選自酞 菁類型金屬配合物、紅熒烯、并五苯、0-6?、聚3-己基噻吩、？171'-14、？〇8-1?、聚[(9,9-二 辛基芴-2, 7-二基）-交替-(2, 2' -聯(lián)二噻吩-5, 5' -二基）]或BBB。
5. 如權(quán)利要求1所述的本體異質(zhì)結(jié)，其特征在于，所述的電荷傳輸型半導體材料為酞 菁酮。
6. -種應用如權(quán)利要求1-5任一項所述的本體異質(zhì)結(jié)的有機場效應晶體管，包括電 極、半導體層、修飾層、絕緣層、襯底，其特征在于，所述半導體層為本體異質(zhì)結(jié)，由光致變色 材料與電荷傳輸型半導體材料共蒸而成。
7. 如權(quán)利要求6所述有機場效應晶體管，其特征在于，所述光致變色材料為1，2-二 (5-芴-2-甲基噻吩-3)環(huán)戊烯或1，2_二（5-(2_苯胺苯并惡唑）-2_甲基噻吩-3)環(huán)戊 烯；所述電荷傳輸型半導體材料為酞菁酮。
8. -種如權(quán)利要求1-5任一項所述的本體異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，包括如下 步驟： (1) 在真空環(huán)境下，光致變色材料的蒸發(fā)速率調(diào)節(jié)至1Hz/2s-1Hz/6s，電荷傳輸型半導 體材料的蒸發(fā)速率調(diào)節(jié)至lHz/s-4Hz/s; (2) 光致變色材料蒸發(fā)速率比電荷傳輸型半導體材料蒸發(fā)速率控制在0. 17-0. 5,同時 將兩種材料蒸鍍到基片上，共蒸鍍800HZ-1200HZ。
9. 如權(quán)利要求8所述的本體異質(zhì)結(jié)的制備方法，其特征在于，步驟（1)、步驟（2)中所 述光致變色材料為1，2-二（5-芴-2-甲基噻吩-3)環(huán)戊烯或1，2-二（5-(2-苯胺苯并惡 唑）-2-甲基噻吩-3)環(huán)戊烯；所述電荷傳輸型半導體材料為酞菁酮。
10. -種如權(quán)利要求6或7任一項所述的有機場效應晶體管的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟： (1)基片的清洗過程：丙酮擦拭基片；依次使用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗基片； 使用氮氣吹去基片表面的液體，之后烘干；在紫外燈下照射，除氧； ⑵旋涂修飾過程：配制2-10mg/ml的PMMA的乙酸乙酯溶液，PMMA的乙酸乙酯溶液旋 涂于基片，烘干； (3) 蒸鍍過程：在真空環(huán)境下，光致變色材料的蒸發(fā)速率調(diào)節(jié)至1Hz/2s-1Hz/6s，電 荷傳輸型半導體材料的蒸發(fā)速率調(diào)節(jié)至lHz/S-4Hz/S ;光致變色材料蒸發(fā)速率比電荷傳 輸型半導體材料蒸發(fā)速率控制在0. 17-0. 5,同時將兩種材料蒸鍍到基片上，達到共蒸鍍 800Hz-1200Hz〇
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應用于光/電雙控有機場效應晶體管的本體異質(zhì)結(jié)，屬于有機固體電子器件領(lǐng)域。該本體異質(zhì)結(jié)是將一種光致變色材料與電荷傳輸型半導體材料共蒸或旋涂到有機場效應晶體管半導體層?；诠庵伦兩牧系墓忭憫匦?，其在光的作用下能夠發(fā)生物理性質(zhì)的變化，在與電荷傳輸型半導體材料摻雜后，內(nèi)部載流子濃度發(fā)生變化，從而能夠通過光調(diào)制有機場效應晶體管電流特性。同時，在避光時，該本體異質(zhì)結(jié)也能在電場的作用下改變內(nèi)部的載流子濃度，并體現(xiàn)在有機場效應晶體管的電流變化上。因此，將光致變色材料，與電荷傳輸型半導體材料采用共蒸或者旋涂方式制膜，作為有機場效應晶體管的本體異質(zhì)結(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)光/電雙控晶體管特性。
【IPC分類】H01L51-10, H01L51-40, H01L51-30
【公開號】CN104779350
【申請?zhí)枴緾N201510155876
【發(fā)明人】錢妍, 黃維, 李文文, 徐秀霞, 解令海, 儀明東
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日