一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备工艺与流程

1.本发明涉及光电元器件技术领域，尤其涉及一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备方法。


背景技术：

2.随着可穿戴设备和智能手机的快速发展，作为电子显示领域的重要电子元器件，有机低压薄膜晶体管的操作稳定性直接决定着未来电子器件的发展。因此，不断创新提高偏压稳定性的方法及其工艺使社会发展的要求。目前可以降低操作电压的方法有两种，一、降低电介质薄膜的厚度从而提高电容，进而降低操作电压。二、使用高介电常数聚合物从而提高电容，进而降低操作电压。对于第一种方法，由于降低了薄膜的厚度因此可能会造成漏电流的增加，因此选用高介电常数的电介质是一个好的选择，poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorofloroethylene)(p(vdf-trfe-cfe))弛豫铁电聚合物作为一种高介电常数聚合物受到研究者广泛关注。然而由于其存在偶极子，因此在电场的作用下会发生慢极化作用，从而影响其操作稳定性。
3.近年来，科研工作者为了消除或者减弱这种慢极化效应，会在这种电介质表面自组装一个单分子层或者修饰一层低电介质常数聚合物来修饰表面从而分担电介质上的电压，进而减弱这种极化效应。但是修饰与半导体的涂敷步骤较为复杂，如果工业化会增加工艺复杂度进而增加成本。在这里我们利用有机小分子2，7-dioctyl[1]benzothieno[3，2-b][1]benzothiophene(c8-btbt)与惰性聚合物共混，利用聚合物优良的溶液加工性能，来辅助小分子在衬体上成膜，通过垂直相分离制备有机薄膜晶体管，并且下层的pmma可以作为修饰层来降低慢极化作用从而提高晶体管的操作稳定性.通过一步旋涂的方法在玻璃基板上制备了这种底栅结构有机薄膜晶体管，获得了偏压稳定提高的低压有机薄膜晶体管。


技术实现要素：

[0004]
鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备工艺。
[0005]
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006]
一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备工艺。包括依次设置的衬底、栅电极、plasma等离子处理介电层、有机小分子2，7-dioctyl[1]benzothieno[3，2-b][1]benzothiophene(c8-btbt)与惰性聚合物混合体系、以及高速中心旋涂法、金属电极对。
[0007]
优选地，所述衬底包括玻璃、硅基底。
[0008]
优选地，所述plasma等离子处理的介电层为p(vdf-trfe-cfe)。
[0009]
优选地，所述金属电极对的间距为50nm。
[0010]
本发明还提供了上述技术方案所述一种提高低压有机小分子薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备工艺，包括以下步骤：
[0011]
提供衬底、c8-btbt与聚合物混合前驱体溶液、plasma等离子处理的介电层，金属电极对。
[0012]
(1)在所述衬底上覆盖金属电极，形成栅极；
[0013]
(2)在所述镀有电极的基板上制备p(vef-trfe-cfe)并进行plasma等离子处理；
[0014]
(3)在所述plasma等离子处理的介电层上高速中心旋涂c8-btbt与聚合物混合前驱体溶液，形成c8-btbt半导体层；
[0015]
(4)在所述半导体层上覆盖金属电极形成源漏极。
[0016]
优选地，所述步骤(2)中旋涂在氮气手套箱中进行，得到所述p(vef-trfe-cfe)层后还包括：将p(vef-trfe-cfe)层在氮气手套箱中加热，所述加热温度为70℃，所述加热时间为2小时后plasma等离子处理3分钟。
[0017]
优选的，所述步骤(4)中混合前驱体溶液的溶剂为p(vef-trfe-cfe)的正交溶剂
[0018]
本发明提供了一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备工艺，属于光电元器件领域。包括依次设置的衬底、金属栅电极、plasma等离子处理的p(vdf-trfe-cfe)介电层。有机小分子c8-btbt与惰性聚合物混合体系以及高速中心旋涂法、金属栅电极。本发明通过控制混合体系的比例用高速中心旋涂法使共混体系发生相分离，使底部聚合物修饰plasma等离子处理p(vdf-trfe-cfe)介电层，可以在低压的操作条件下实现偏压稳定性的提高，共混体系的引入，一方面辅助小分子成膜，另一方面减弱了high-k栅介电层p(vdf-trfe-cfe)的极化作用，我们所制备的低压薄膜晶体管在栅极电压5v，源漏极电压0.5v，的持续3200s的偏压应力下，阈值电压变化＜0.5v。
附图说明
[0019]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0020]
图1为本发明实施例1中偏压稳定的低压有机薄膜晶体管的器件结构图；
[0021]
图2为本发明实施例1中在偏压作用下器件每隔一段时间测试的转移特性曲线；
[0022]
图3为本发明实施例1中阈值电压变化；
具体实施方式
[0023]
本发明提供了一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法，包括依次设置的衬底、plasma等离子处理p(vdf-trfe-cfe)介电层、有机小分子c8-btbt与惰性聚合物混合体系以及高速中心旋涂、金属电极对。
[0024]
在本发明中，所述的偏压稳定的低压有机薄膜晶体管，其特征在于，所述介电层为plasma表面处理的高k p(vdf-trfe-cfe)绝缘层。
[0025]
在本发明中，偏压稳定的低压有机薄膜晶体管，其特征在于，所述有机小分子c8-btbt与聚合物混合体系，聚合物的占比高，优选为50％～80％。
[0026]
在本发明中，所述高速中心旋涂，其特征在于，所述高速中心旋涂针对于有机小分子c8-btbt与聚合物混合半导体层，旋涂速度优选为4000r/min～6000r/min。
[0027]
本发明以有机小分子c8-btbt为半导体材料，以聚合物作为共混材料来提高溶液加工性能，高速中心旋涂后，通过垂直相分离，在底部形成了一个聚合物修饰层，通过旋涂在plasma等离子处理的p(vdf-trfe-cfe)介电层可以在低压的操作下实现偏压稳定性提
高。共混体系的引入一方面解决了小分子难成膜的问题，另一方面减弱了高k栅介电层p(vdf-trfe-cfe)的强极化作用，我们所制备的低压薄膜晶体管在栅极电压5v，源漏极电压0.5v，的持续3200s的偏压应力下，阈值电压变化＜0.5v。
[0028]
本发明还提供了上述技术方案所述有机小分子与聚合物混合的薄膜晶体管的制备方法，包括以下步骤：
[0029]
(1)提供玻璃衬底、c8-btbt与聚合物混合前驱体溶液，plasma等离子处理的介电层，所述c8-btbt与聚合物混合前驱体溶液为c8btbt/pmma混合前驱体液；plasma等离子处理介电层为p(vdf-trfe-cfe)；
[0030]
(2)在所述玻璃衬底上覆盖金属电极，形成栅电极；
[0031]
(3)在所述衬底上制备p(vdf-trfe-cfe)介电层并进行plasma等离子处理；
[0032]
(4)在所述介电层上高速中心旋涂c8-btbt和聚合物混合前驱体溶液，形成c8-btbt半导体层：
[0033]
(5)在所述半导体层上固定位置蒸镀上源漏金属对电极。
[0034]
在本发明中，在以蒸镀电极的衬底上用旋涂法制备p(vdf-trfe-cfe)电介层。
[0035]
在本发明中，所述旋涂优选在匀胶机上进行。在本发明中，所述匀胶机的转速优选为2000～4000r/min，更优选为3000r/min；旋转时间优选为50～70s，更优选为60s。
[0036]
在本发明中，所述旋涂优选在氮气手套箱中进行，得到所述电阶层后分别70℃加热2小时。
[0037]
在本发明中，将退火后的p(vdf-trfe-cfe)电介层进行plasma等离子处理3分钟。
[0038]
本发明提供c8-btbt与聚合物混合前驱体溶液。在本发明中，所述c8btbt/pmma前驱体溶液优选包括c8btbt、pmma和苯甲醚。在本发明中，所述c8btbt、pmma摩尔数与苯甲醚体积比为1mol∶3mol∶1ml，简单混合溶解即可。本发明对所述c8btbt、pmma和苯甲醚采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述c8btbt纯度优选为99％，pmma(mw＝996kda)以及氯苯均购买于sigma-aldrich。
[0039]
在本发明中，所述旋涂优选在匀胶机上进行。在本发明中，所述匀胶机的转速优选为3000～6000r/min，更优选为4000r/min；旋转时间优选为40～70s，更优选为60s。
[0040]
制备半导体层后，本发明在所述半导体表面固定位置覆盖金属源漏电极对。本发明对所述覆盖金属电极对的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备电极的技术方案即可。在本发明中，所述覆盖金属电极对的方式优选为蒸镀，更优选为真空蒸镀。在本发明中，所述真空蒸镀的温度优选为1000～1200℃，更优选为1050～1150℃；所述真空蒸镀的时间优选为20～30min，更优选为24-26min；所述真空蒸镀的真空度优选为4～5
×
10-4
pa。在本发明中，所述蒸镀时的靶材优选为金。
[0041]
在本发明中，所述偏压稳定提高低压有机薄膜晶体管优选在无水且无氧的惰性条件下使用。本发明对所述偏压稳定提高的有机薄膜晶体管的连接方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的与电源连接的方式即可。
[0042]
下面结合实施例对本发明提供的一种提高低压有机薄膜晶体管偏压稳定性的方法及其制备工艺进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0043]
实施例1
[0044]
将15mg c8btbt和45mg pmma装入有3ml苯甲醚的样品瓶中，搅拌得到c8btbt/pmma
混合前驱体溶液。将120mg p(vdf-trfe-cfe)装入有3ml丁酮的样品瓶中，搅拌都得到p(vdf-trfe-cfe)前驱体溶液。在本发明中，样品瓶在使用前需要用丙酮、异丙醇和去离子水清洗，本发明依次采用丙酮、异丙醇和去离子水各1次。
[0045]
在洁净地玻璃衬底上蒸镀铝电极，作为栅电极。
[0046]
通过匀胶机将p(vdf-trfe-cfe)前驱体溶液旋涂在覆盖有栅电极的玻璃衬底上方，p(vdf-trfe-cfe)前驱体旋涂速度优选为3000rpm，旋涂时间优选为60s。然后在手套箱中70℃退火2小时后plasma等离子处理3分钟。
[0047]
将得到的c8btbt/pmma混合前驱体溶液在氮气手套箱中通过匀胶机旋涂在覆盖有栅电极的玻璃衬底上，得到混合半导体层。匀胶机的转速优选为4000rpm，旋转时间优选为60s。将所述混合半导体层在氮气手套箱中进行加热，加热温度优选为70℃，加热时间优选为30分钟
[0048]
将得到的半导体层到贴在特定形状的掩膜版上，通过真空蒸镀一层20nm厚的金电极。去除掩膜版得到偏压稳定的低压有机薄膜晶体管。
[0049]
本实施例中偏压稳定的低压有机薄膜晶体管的结构图如图1所示。
[0050]
本实施例中在栅极电压为-5v，源漏极电压为-0.5v的偏压应力下每隔一段时间器件的传输曲线。
[0051]
本实例中在偏压为-5v，源漏极电压为-0.5v的偏压应力下阈值电压的变化。
[0052]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。