本發(fā)明涉及有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管制備技術(shù)，具體涉及一種定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

有機(jī)半導(dǎo)體由于其選材廣泛、成本低廉并且能和柔性器件兼容等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。在有機(jī)電子與光電子領(lǐng)域，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管是一個(gè)重要元器件，它在有源矩陣顯示驅(qū)動(dòng)器，射頻標(biāo)簽，生物醫(yī)藥以及集成電路中有著重要應(yīng)用?，F(xiàn)有的有機(jī)半導(dǎo)體成膜方法主要有真空熱蒸發(fā)鍍膜和溶液法兩大類。而在有機(jī)邏輯電路的制造過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是對(duì)電路進(jìn)行圖形化制備?，F(xiàn)有的有機(jī)半導(dǎo)體圖形化加工工藝有光刻、掩模技術(shù)、納米壓印、噴墨打印等，這些方法由于需要復(fù)雜的工藝或產(chǎn)率較低，限制了其在大規(guī)模制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管方面的應(yīng)用。并且，這些方法通常需要使用多種溶劑，很多材料因?yàn)槭艿饺芙庑缘南拗贫鵁o(wú)法使用。因此，發(fā)明一種簡(jiǎn)單且適合于大規(guī)模生產(chǎn)的無(wú)需溶劑介入的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管定位自組裝技術(shù)極為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管及其制備方法。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管。

本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管包括：襯底、六方氮化硼h-bn、石墨烯、金屬電極和有機(jī)半導(dǎo)體薄膜；其中，襯底包括下層的導(dǎo)電層以及上層的絕緣層；在襯底的絕緣層上形成h-bn；在h-bn的兩端分別疊放石墨烯，兩端的石墨烯與h-bn有交疊但不完全覆蓋h-bn，并保持h-bn的中間部分暴露；在兩端的石墨烯上分別形成金屬電極，金屬電極不完全覆蓋石墨烯；在低壓管式爐中通過(guò)控制溫度、氣壓和時(shí)間，在中真空環(huán)境下以暴露出來(lái)的h-bn和石墨烯為模板，在暴露出來(lái)的h-bn和石墨烯上自組裝生長(zhǎng)有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，從而實(shí)現(xiàn)由石墨烯作為接觸電極，h-bn上的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜作為溝道的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管。

石墨烯為單層或多層。h-bn為單層或多層。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法。

本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，包括以下步驟：

1)提供襯底，襯底包括下層的導(dǎo)電層以及上層的絕緣層；

2)在襯底上制備h-bn；

3)制備石墨烯；

4)將石墨烯分別疊放在h-bn的兩端，兩端的石墨烯與h-bn有交疊但不完全覆蓋h-bn，并保持h-bn的中間部分暴露；

5)在兩端的石墨烯上分別形成金屬電極，金屬電極不完全覆蓋石墨烯；

6)將步驟5)得到的樣品放入低壓管式爐的低溫區(qū)，有機(jī)源材料放置在低壓管式爐的高溫區(qū)，通過(guò)控制溫度、氣壓和時(shí)間，以暴露出來(lái)的h-bn和石墨烯為模板，在中真空環(huán)境下在暴露出來(lái)的h-bn和石墨烯上自組裝生長(zhǎng)有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，完成后自然降溫至室溫，從而實(shí)現(xiàn)由石墨烯作為接觸電極，h-bn上的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜作為溝道的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管。

其中，在步驟2)中，采用機(jī)械剝離的方法在襯底上制備h-bn，形成規(guī)則形狀的h-bn；或采用化學(xué)氣相沉積cvd制備大面積h-bn，再通過(guò)光刻和刻蝕的方法形成規(guī)則形狀的h-bn。

在步驟3)中，采用機(jī)械剝離的方法制備規(guī)則形狀的石墨烯；或者采用cvd制備大面積石墨烯，再通過(guò)光刻和刻蝕的方法形成規(guī)則形狀的石墨烯。

在步驟6)中，低壓管式爐的低溫區(qū)的溫度為70～100℃，低壓管式爐的高溫區(qū)的溫度為100～130℃，氣壓為1～100pa，升溫時(shí)間為10～60min，自組裝生長(zhǎng)的時(shí)間為1～30min。源材料采用有機(jī)半導(dǎo)體。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明以石墨烯和h-bn為模板進(jìn)行自組裝生長(zhǎng)有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜與石墨烯之間形成較好的接觸，從而實(shí)現(xiàn)定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管；自組裝過(guò)程中無(wú)需溶劑介入，不受材料溶解性的限制，自組裝過(guò)程簡(jiǎn)單；自組裝過(guò)程中無(wú)需高真空條件，可降低生產(chǎn)成本；自組裝過(guò)程最高溫度為130℃，能應(yīng)用于pet等柔性襯底；石墨烯與h-bn具有良好的透光性，有利于制作透明器件；由于大面積制備石墨烯以及h-bn的工藝已經(jīng)成熟，該方法可以被推廣到大面積自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管，在柔性有機(jī)電子、光電子器件及顯示器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例將機(jī)械剝離的石墨烯疊放在h-bn兩端的示意圖；

圖2(a)～(d)為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例放入低壓管式爐以前的流程圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例放入低壓管式爐的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例得到的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的光學(xué)顯微圖和原子力顯微圖，其中，(a)為通過(guò)微區(qū)精確轉(zhuǎn)移技術(shù)在h-bn兩端疊放石墨烯的光學(xué)顯微圖，(b)為圖(a)中h-bn的原子力顯微圖及劃線處的臺(tái)階高度圖，(c)為自組裝生長(zhǎng)有機(jī)半導(dǎo)體薄膜之后的光學(xué)顯微圖，(d)為圖(c)中的h-bn的原子力顯微圖及劃線處的臺(tái)階高度圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例得到的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的拉曼光譜圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法的一個(gè)實(shí)施例得到的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的電學(xué)測(cè)量結(jié)果圖，其中，(a)為有機(jī)薄膜晶體管的輸出特性曲線圖，(b)為有機(jī)薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本實(shí)施例的定位自組裝有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的制備方法，如圖1、2和3所示，包括以下步驟：

1)提供襯底，襯底包括下層的導(dǎo)電層6以及上層的絕緣層5：

下層為重?fù)诫sp型si，上層為sio2，sio2厚度為285nm。

2)在襯底上制備h-bn：

采用機(jī)械剝離的方法在sio2襯底上制備六方氮化硼4，在顯微鏡下選擇大小和形狀合適的h-bn，尺寸約為40×15μm²，如圖2(a)所示。

3)采用機(jī)械剝離的方法，在厚度約1mm的聚二甲基硅氧烷(pdms)2上，制備少層石墨烯3，在顯微鏡下選擇大小和形狀合適的少層石墨烯。

4)將石墨烯分別疊放在h-bn的兩端，兩端的石墨烯與h-bn有交疊但不完全覆蓋h-bn，如圖1和2所示：

a)將pdms沒(méi)有石墨烯的一面貼在載玻片1上，帶有石墨烯的一面朝下，將載玻片固定在微操作平臺(tái)上，在顯微鏡下將選好的少層石墨烯與在襯底上的h-bn對(duì)準(zhǔn)；

b)緩慢降低微操作平臺(tái)的高度，讓石墨烯緩慢地貼合到襯底上，待石墨烯與襯底完全貼合，緩慢地升高微操作平臺(tái)的高度，將pdms揭起，石墨烯即可留在h-bn與sio2襯底上，如圖2(b)所示；

c)重復(fù)步驟a)～b)，在h-bn的另一端疊放另外一片石墨烯，如圖2(c)所示。

5)采用電子束光刻、熱蒸發(fā)鍍膜及剝離工藝，在兩端的石墨烯上分別形成ti/au金屬電極7，金屬電極不完全覆蓋石墨烯，如圖2(d)所示；

6)將步驟5)得到的樣品11放入低壓管式爐8的低溫區(qū)，該處溫度80℃，有機(jī)源材料10放置在低壓管式爐的高溫區(qū)，有機(jī)源材料采用c8-btbt，該處溫度120℃，石英管9連接機(jī)械泵12，石英管內(nèi)氣壓約為4pa，升溫時(shí)間為40min，自組裝生長(zhǎng)時(shí)間為20min，以暴露出來(lái)的h-bn和石墨烯為模板，在暴露出來(lái)的h-bn和石墨烯上自組裝生長(zhǎng)有機(jī)半導(dǎo)體薄膜c8-btbt，完成后自然降溫至室溫，如圖3所示。

圖4(c)和(d)分別是通過(guò)該方法在285nmsio2/p⁺-si襯底上制備的晶體管的光學(xué)顯微圖和原子力顯微圖。

圖5是自組裝生長(zhǎng)得到的有機(jī)半導(dǎo)體c8-btbt薄膜的拉曼光譜圖。證明經(jīng)過(guò)本發(fā)明的方法，c8-btbt確實(shí)自組裝到了石墨烯和h-bn上。位于1465和1549cm^－1的兩個(gè)特征拉曼峰位表明自組裝得到的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜保持了良好的結(jié)構(gòu)特性。

圖6是本實(shí)施例制備得到的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的電學(xué)測(cè)量結(jié)果圖。圖6(a)是自組裝的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的輸出特性曲線(背柵電壓：－30，－20v，－10v)。圖6(b)是自組裝的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線。曲線表明晶體管溝道導(dǎo)通，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜表現(xiàn)出p型輸運(yùn)特性，晶體管開(kāi)關(guān)比可達(dá)到10⁶，計(jì)算得到的背柵場(chǎng)效應(yīng)遷移率為0.06cm²/v·s。

最后需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準(zhǔn)。