一種混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的設(shè)計(jì)與制備方法。混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管包括襯底、柵極、柵介質(zhì)、有機(jī)載流子輸運(yùn)層，有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層，漏極和源極。有機(jī)體異質(zhì)光敏結(jié)層實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生光生載流子的功能，只要求其具有高的光敏性或光生載流子產(chǎn)生效率，而不要求其具有高的遷移率。有機(jī)載流子輸運(yùn)層實(shí)現(xiàn)光生載流子的輸運(yùn)功能，只要求其具有高的遷移率，而不要求其具有高的光敏性。這種結(jié)構(gòu)極大地?cái)U(kuò)大了有機(jī)材料的選擇范圍。一方面提高了光生載流子的產(chǎn)生效率，另一方面提高了有機(jī)載流子遷移率。因此本發(fā)明能有效提高光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管制造方法，屬于固體電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]與光敏無(wú)機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管相比，光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管(photosensitive organicfield-effect transistor, photOFET)具有光響應(yīng)度高,可以大面積低成本制造以及制造過(guò)程環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。通常，光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管由襯底、柵極、柵介質(zhì)、有機(jī)光敏層、源極和漏極組成。根據(jù)這幾部分相對(duì)位置的不同，光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以采用頂柵頂接觸，頂柵底接觸，底柵頂接觸，底柵底接觸四種結(jié)構(gòu)，其中“接觸”指的是源極和漏極與有源層之間的電連接。在底柵底接觸結(jié)構(gòu)中，源漏電極在絕緣層與有機(jī)半導(dǎo)體之間，可以通過(guò)傳統(tǒng)的光刻工藝圖形化源漏電極，因此器件溝道長(zhǎng)度可以做到Iym以下。在底柵頂接觸結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層淀積在絕緣層之上，在半導(dǎo)體層上面再制備金屬電極形成源漏接觸，頂接觸結(jié)構(gòu)的器件由于電極與有機(jī)層接觸良好，因此其性能通常比底接觸結(jié)構(gòu)的好。在頂柵底接觸和頂柵頂接觸中，器件柵電極是最后淀積上去的，從而有機(jī)半導(dǎo)體層被襯底和絕緣層以及電極包裹，器件在空氣中穩(wěn)定性較好。有機(jī)光敏層多采用純凈有機(jī)光敏材料、施體-受體平面異質(zhì)結(jié)和體異質(zhì)結(jié)。
[0003]大部分有機(jī)半導(dǎo)體材料屬于單載流子傳輸型，即它對(duì)一種載流子的遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)另一種載流子的遷移率。通常電子遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴遷移率的材料稱(chēng)為電子傳輸型材料，簡(jiǎn)稱(chēng)η-型材料，而空穴遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電子遷移率的材料稱(chēng)為空穴傳輸型材料，簡(jiǎn)稱(chēng)P-型材料。在有機(jī)半導(dǎo)體中，電子在最低未占據(jù)軌道(lowest unoccupied molecularorbital) - (LUMO)上傳輸，而空穴在最高已占據(jù)軌道(highest occupied molecularorbital)-(HOMO)上傳輸。一些LUMO能級(jí)較高的p-型有機(jī)光敏材料分子，如酞菁銅，與一些LUMO能級(jí)較低的η-型有機(jī)材料分子，如C60接觸時(shí)，在光照下會(huì)產(chǎn)生分子間的電子轉(zhuǎn)移，即光生的P-型分子激子會(huì)把一個(gè)電子轉(zhuǎn)移給與之相鄰的η-型分子。釋放電子的分子稱(chēng)為施體，而接收電子的分子稱(chēng)為受體。常規(guī)結(jié)構(gòu)photOFET的有機(jī)光敏層通常采用純凈的ρ-型或η-型光敏材料、施體-受體平面異質(zhì)結(jié)，或施體-受體體異質(zhì)結(jié)(施體分子與受體分子的混合物)。正是由于這種分子間的電荷轉(zhuǎn)移，使得施體-受體平面和體異質(zhì)結(jié)具有很高的激子離解效率。
[0004]光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管在光照下進(jìn)行的兩個(gè)重要的物理過(guò)程是光生載流子產(chǎn)生和光生載流子傳輸。前者要求有機(jī)光敏層具有高的吸收系數(shù)，而后者則要求有機(jī)光敏層具有高的載流子遷移率。因此常規(guī)結(jié)構(gòu)的photOFET要求其有機(jī)光敏層兼具高的光吸收系數(shù)和高的載流子遷移率。由于大部分有機(jī)光敏材料的遷移率較低，而遷移率高的有機(jī)材料光吸收系數(shù)則大多不高。因此，常規(guī)結(jié)構(gòu)的光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的性能的提高受到極大限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服常規(guī)結(jié)構(gòu)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)材料選擇的限制，提出一種基于混合平面_體異質(zhì)結(jié)(hybrid planar-bulk hetero junction) - (HPBHJ)的光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管，稱(chēng)為混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管(HPBHJ-photOFET)?；旌掀矫?體異質(zhì)結(jié)由一個(gè)高遷移率的有機(jī)載流子輸運(yùn)層和一個(gè)高光敏性的施體-受體有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層組成。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:有機(jī)體異質(zhì)光敏結(jié)層實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生光生載流子的功能，只要求其具有高的光敏性和光生激子離解效率，而不要求其具有高的遷移率。有機(jī)載流子輸運(yùn)層采用高遷移率有機(jī)半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)光生載流子的輸運(yùn)功能，只要求其具有高的遷移率，而不要求其具有高的光敏性。依據(jù)上述技術(shù)思路發(fā)明的混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管包括襯底、柵極、柵介質(zhì)、有機(jī)載流子輸運(yùn)層，有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層，漏極和源極。這種結(jié)構(gòu)極大地?cái)U(kuò)大了有機(jī)材料的選擇范圍。一方面提高了光生載流子的產(chǎn)生效率，另一方面提聞了有機(jī)光敏半導(dǎo)體溝道的載流子遷移率。因此本發(fā)明能有效提聞光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管的性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是底柵頂接觸常規(guī)結(jié)構(gòu)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是底柵頂接觸混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0009]以n+-Si/Si02為柵極/柵介質(zhì)，并兼作襯底，酞菁銅(copper phthalocyanine,CuPc)為有機(jī)載流子輸運(yùn)層，酞菁IE (palladium phthalocyanine, PdPc): C60 (1:1)作為有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層為例，本發(fā)明的制備過(guò)程如下:
[0010]a)用標(biāo)準(zhǔn)工藝清洗n+-Si/Si02襯底；
[0011]b)用真空蒸發(fā)方法在n+-Si/Si02上制備一層酞菁銅薄膜；
[0012]c)用真空蒸發(fā)方法在酞菁銅薄膜上制備PdPc: C60(l: I)的體異質(zhì)結(jié)薄膜。溝道長(zhǎng)度和源、漏電極面積通過(guò)掩膜板限定。
[0013]d)用真空蒸發(fā)方法制備高功函數(shù)金屬Au作為漏極和源極。
[0014]上述描述是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明及其實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況確定多種實(shí)現(xiàn)方式，因此，本發(fā)明的范圍不該由該描述來(lái)限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的任何修改或局部替換，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于它由襯底、柵極、柵介質(zhì)、有機(jī)載流子輸運(yùn)層、有機(jī)體異質(zhì)結(jié)光敏層、源極和漏極組成。
2.權(quán)利要求1所述的混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，有機(jī)載流子輸運(yùn)層一則與柵介質(zhì)相連，而另一面與體異質(zhì)結(jié)光敏層相連，形成混合平面-體異質(zhì)結(jié)。
3.權(quán)利要求1所述的混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于，體異質(zhì)結(jié)光敏層一面與有機(jī)載流子輸運(yùn)層相連，并與其形成混合平面-體異質(zhì)結(jié)，另一面與源極和漏極相連。
4.權(quán)利要求1所述的混合平面-體異質(zhì)結(jié)光敏有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管，其特征在于它可以采用底柵底接觸、底柵頂接觸、頂柵底接觸或頂柵頂接觸的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L51/00GK103972387SQ201310041489
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】彭應(yīng)全, 呂文理, 羅消 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)