專利名稱：有機三極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三極管及其制備方法，尤其涉及有機三極管及其制備方法。而且，還可以帶發(fā)光的有機三極管及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的有機三極管如薄膜場效應(yīng)晶體管(TFT)或場效應(yīng)晶體管(FET)主要是臥式結(jié)構(gòu)。是在襯底5上放置有控制柵極6，再放置絕緣層4，在絕緣層4上的有機半導(dǎo)體層2內(nèi)在同一平面上分別置放著發(fā)射電極(源電極)1和接收電極(漏電極)3。如圖1所示(參見Christos D.Dimitrakopoulos and Patrick R.L.Malenfant，＜Adv.Mater.14.(2002)，No2，99-117)。
K.庫督等人(參見K.Kudo，M.lizuka，S.Kuniyshi，K.Tanaka，<Thin SolidFilms>393(2001)362)提供一種垂直型場效應(yīng)三極管(Vertied Type Field EffcetTransistors-FET)它的基本結(jié)構(gòu)是在發(fā)射電極1和接收電極3之間，以酞菁銅作為有機半導(dǎo)體層2，在有機半導(dǎo)體層2中間置有一系列的控制柵極6，如圖2所示。它的優(yōu)點是反應(yīng)速度比上述臥式的快，電流也較大，電壓較低。
垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管還有一個優(yōu)點就是，它可以容易地與有機發(fā)光二極管制作在一起(參見<Thin Solid Films>438-439(2003)330-333)。但這種垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管在制造有機半導(dǎo)體導(dǎo)層2中間的控制柵極6的柵線組時，需要用真空蒸發(fā)加掩膜板的方法來制作，而掩膜板上的掩膜線之間的間距以及掩膜線本身很難做得很細，因此，很難做出較好的柵線組，當(dāng)然，更不便于用在器件上的制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了方便地制作垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種有機三極管及其制備方法，既具備上述垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管的全部優(yōu)點，還可以具有場發(fā)射的功能，而且放大倍率和反應(yīng)速度比現(xiàn)有技術(shù)的更有提高，同時制作方法簡便可靠，當(dāng)制作含有發(fā)光層的復(fù)合的有機半導(dǎo)體層時，即是在有機半導(dǎo)體層與背電極之間插入有機發(fā)光層時，還可得到有發(fā)光性能的有機三極管。
為達到上述的目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是采用垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管，在發(fā)射電極(下電極)與接收電極(上電極)之間的有機半導(dǎo)體層內(nèi)，置于發(fā)射電極發(fā)射面上含有柵孔的兩層絕緣層之間夾有控制柵極的柵網(wǎng)。
制備的方法是首先在襯底上蒸鍍發(fā)射電極，然后在襯底上的發(fā)射電極的發(fā)射面上先制作帶有大量柵孔的在兩層絕緣層之間夾有作為控制柵極的金屬層的柵網(wǎng)，然后再在柵網(wǎng)上制作單層有機半導(dǎo)體層，或者含有有機發(fā)光層的復(fù)合層的有機半導(dǎo)體層，最后在有機半導(dǎo)體層上制作接收電極。
本發(fā)明有顯著的優(yōu)點1、如上述本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明柵網(wǎng)中的柵孔孔徑可以做到幾個微米至納米量級。對流過柵孔的載流子的控制力更大。因此，控制柵極獲得的放大倍率比上述現(xiàn)有技術(shù)中垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管更大。
2、本發(fā)明柵網(wǎng)中的絕緣層厚度可以做到納米量級，則控制柵極與發(fā)射電極的發(fā)射面僅隔納米量級厚度的絕緣層?？刂茤艠O與發(fā)射電極之間能夠很容易地形成場發(fā)射作用。因此，只需要加很低電壓就可以引發(fā)發(fā)射電極的場發(fā)射載流子。發(fā)射的載流子流向接收電極(當(dāng)然，發(fā)射和接收兩電極之間要加電壓)。因此，本發(fā)明的控制柵極電壓既可實現(xiàn)場發(fā)射，也能實現(xiàn)場抑制。所以，放大倍率和反應(yīng)速度(工作頻率和功率)都比現(xiàn)有技術(shù)有很大提高。則利用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的元件的閾值電壓就可以做得比現(xiàn)有技術(shù)的更低，反應(yīng)速度也更快。
3、本發(fā)明制作有機半導(dǎo)體層材料選擇范圍較寬。如上述，因為本發(fā)明的有機三極管是場發(fā)射作用激發(fā)出發(fā)射電極的載流子，因此，有機半導(dǎo)體層既可以用高遷移率材料也可以用基本沒有載流子的小分子材料(接近絕緣材料)構(gòu)成，所以構(gòu)成有機半導(dǎo)體層的材料選擇比較容易，選擇的范圍較寬。
4、本發(fā)明的柵網(wǎng)與發(fā)射電極之間的距離很小，當(dāng)絕緣層采用高介電常數(shù)的介質(zhì)時，本身就是一個電容。當(dāng)把它與有機發(fā)光層結(jié)合后應(yīng)用于平板顯示屏?xí)r，無須另外再加電容。這對于應(yīng)用在大面積平板顯示上是很有利的。器件可以做得小而薄。能夠加大發(fā)光面積。
5、因為柵網(wǎng)可以先制作，然后再制作有機半導(dǎo)體層等。因此，制作方便，而且容易制成大面積器件、大面積平板顯示器件等。
6、本發(fā)明的有機半導(dǎo)體層可以是單層的，或者是含有有機發(fā)光層的多層的。對于包含有機發(fā)光層的有機三極管就可以得到能夠受柵極控制的有機發(fā)光屏。


圖1為臥式有機三極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中垂直型有機三極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的有機三極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3中柵網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為帶有有機發(fā)光層的有機三極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明有機三級管的結(jié)構(gòu)及制備方法。
如圖3所示的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的有機三極管是垂直型的結(jié)構(gòu)。包含襯底5，在襯底5上置放的發(fā)射電極1，在發(fā)射電極1的發(fā)射面上置放的柵網(wǎng)7。在柵網(wǎng)7上面置放的有機半導(dǎo)體層2，在有機半導(dǎo)體層2上面置放的接收電極3。在發(fā)射電極1與接收電極3之間連接有電源9，在發(fā)射電極1與控制柵極6之間連接有可變電源8。
所說的柵網(wǎng)7含有第一絕緣層701、第二絕緣層702，在第一、第二兩絕緣層701、702之間的控制柵極6，在第一、第二絕緣層701、702和控制柵極6上的柵孔703。如圖1、2所示。
所說的第一、第二絕緣層701、702的厚度可以薄到納米量級。
所說的柵網(wǎng)7上的柵孔703孔徑可以小到納米量級。
所說的有機半導(dǎo)體層2的材料可以是有機半導(dǎo)體材料，如酞菁銅，酞菁鋅，酞菁鎳，多并苯，聚苯胺，聚吡咯；或者是基本沒有載流子的小分子近似絕緣材料如空穴傳輸材料，或電子傳輸材料。
所說的空穴傳輸材料是NPB(N，N’-雙1-萘基-N，N’-二苯基-1，1-聯(lián)苯-4，4’-二胺)，或者是TPD(N，N’-二苯基-N，N’-雙3-甲基苯1，1-聯(lián)苯-4，4’-二胺)。
所說的電子傳輸材料是Alq(8羥基喹啉鋁)，或者是TAZ(1，2，4-三唑)。
所說的有機半導(dǎo)體層2，可以是單層的如圖3所示，或者是復(fù)合層的如圖5所示。圖5中復(fù)合層的有機半導(dǎo)體層2中的201為有機半導(dǎo)體層，202為有機發(fā)光層，203為載流子傳輸層。
所說的有機發(fā)光層202的材料可以是Alq(8羥基喹啉鋁)，或者是DPVBi(4，4-二(2，2苯乙烯基)-1，1’-聯(lián)苯)，及其摻雜劑BCZVB(1，4-二(2-(3-N-乙基咔唑基)乙烯基-苯))，或者摻雜劑DCJTB(4-二氰甲烯基-2-叔丁基-6-1，1，7，7，四甲基久洛尼定基-9-烯炔4H-吡喃)，或者是Rubrene(紅熒烯)，或者是芘。
所說的載流子傳輸層203的材料是Alq(8羥基喹啉鋁)，或者是NPB(N，N’-雙1-萘基-N，N’-二苯基-1，1-聯(lián)苯-4，4’-二胺)，或者是TPD(N，N’-二苯基-N，N’-雙3-甲基苯1，1-聯(lián)苯-4，4’-二胺)等。
本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)的有機三級管制備方法的具體步驟是<1>首先在襯底上制作(蒸鍍或濺射的方法)發(fā)射電極，然后在發(fā)射電極的發(fā)射面上制作柵網(wǎng)，柵網(wǎng)的制作是按照順序制作第一層絕緣層、一層金屬層(作為控制柵極)、再加第二層絕緣層后，用光刻的方法或用蒸鍍的方法在這三層上再制作柵孔；<2>在上面制作的柵網(wǎng)上，制作有機半導(dǎo)體層。制作的有機半導(dǎo)體層是單層，或者是復(fù)合層；<3>在上述的有機半導(dǎo)體層上制作接收電極，再分別引出發(fā)射電極，接收電極以及控制柵極的電源接線。
上述第一步中，所說的采用光刻的方法制作柵孔的具體做法是在第一層絕緣層上加一層金屬層(作為控制柵極)，再加第二層絕緣層，然后用光刻的方法把這三層刻出篩孔，直刻到孔中露出發(fā)射電極的發(fā)射面時(如圖1所示)，為完成刻制柵孔。
所說的用蒸鍍方法制作柵孔是首先在發(fā)射電極的發(fā)射面上均勻地涂布(用吹粉，或流粉的方法)一層磁粉(本實施例中用納米量級顆粒的磁粉)，然后在磁粉上按順序制作第一層絕緣層、一層金屬層(作為控制柵極)、再加第二層絕緣層，三層完成后，再去除磁粉，就構(gòu)成了柵孔。本實施例中，用磁鐵吸附磁粉的辦法吸掉磁粉，構(gòu)成柵孔。
上述第一步中，柵網(wǎng)中所包含的第一層絕緣層、一層金屬層和第二層絕緣層的制作方法可以用真空蒸鍍的方法，或者用旋涂(甩膠)的方法；或者當(dāng)金屬層是鋁層時，第二層絕緣層還可以用氧化的方法制作。
上述第二步中所說的復(fù)合層的有機半導(dǎo)體層的具體制作步驟是先在柵網(wǎng)上，制作一層有機半導(dǎo)體層，再在有機半導(dǎo)體層上制作一層有機發(fā)光層，再在有機發(fā)光層上制作一層載流子傳輸層。
所說的夾在第一、第二兩絕緣層之間的金屬層即為控制柵極層，金屬層(控制柵極)的材料采用鋁、或銀、或金、或其它金屬。
所說的絕緣層可以選用有機絕緣材料，或者選用無機絕緣材料。
所說的發(fā)射電極的材料選用貴金屬的金，或選用氧化銦錫(ITD)。
所說的接收電極的材料選用金，或鋁。
權(quán)利要求
1.一種有機三極管，是垂直型結(jié)構(gòu)的有機三極管，含有襯底，置于襯底上面的發(fā)射電極、有機半導(dǎo)體層和接收電極，其特征在于在發(fā)射電極與接收電極之間的有機半導(dǎo)體層內(nèi)，置放在發(fā)射電機的發(fā)射面上含有柵孔的兩絕緣層之間夾有控制柵極的柵網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機三極管，其特征在于所說的有機半導(dǎo)體層是單層，或者是復(fù)合層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機三極管，其特征在于所說的復(fù)合層的有機半導(dǎo)體層包含有機半導(dǎo)體層、有機發(fā)光層和載流子傳輸層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機三極管，其特征在于所說的有機半導(dǎo)體層的構(gòu)成材料是有機半導(dǎo)體材料，或者是基本沒有載流子的小分子近似絕緣材料。
5.一種有機三極管的制備方法，首先在襯底上蒸鍍發(fā)射電極，其特征在于在襯底上的發(fā)射電極的發(fā)射面上先制作好柵網(wǎng)，然后在柵網(wǎng)上蒸鍍有機半導(dǎo)體層，最后在有機半導(dǎo)體層上蒸鍍接收電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有機三極管的制備方法，其特征在于制備方法的具體步驟是<1>首先在襯底上制作發(fā)射電極，然后在發(fā)射電極的發(fā)射面上制作柵網(wǎng)，制作柵網(wǎng)按照順序制作第一層絕緣層、一層金屬層(作為控制柵極)、再加上第二層絕緣層后，用光刻的方法或用蒸鍍的方法在這三層上制作柵孔；<2>在上面制作的柵網(wǎng)上，制作有機半導(dǎo)體層，制作的有機半導(dǎo)體層是單層，或者是復(fù)合層；<3>在上述的有機半導(dǎo)體層上制作接收電極，再分別引出發(fā)射電極，接收電極以及控制柵極的電源接線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機三極管的制備方法，其特征在于所說的復(fù)合層的有機半導(dǎo)體層的具體制作步驟是先在柵網(wǎng)上，制作一層有機半導(dǎo)體層，再在有機半導(dǎo)體層上制作一層有機發(fā)光層，再在有機發(fā)光層上制作一層載流子傳輸層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機三極管的制備方法，其特征在于所說的用光刻的方法制作柵孔的具體方法是在襯底上的發(fā)射電極的發(fā)射面上，按照順序制作第一層絕緣層、一層金屬層、再加第二層絕緣層，然后用光刻的方法在這三層上刻出篩孔，直到孔中露出發(fā)射電極的發(fā)射面，即為刻制柵孔完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機三極管的制備方法，其特征在于所說的用蒸鍍的方法制作柵孔的具體方法是首先在發(fā)射電極的發(fā)射面上均勻地涂布一層磁粉，然后在磁粉上按照順序制作第一層絕緣層、一層金屬層、再加第二層絕緣層，然后去除磁粉，就構(gòu)成了柵孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的有機三極管的制備方法，其特征在于所說的柵網(wǎng)中所包含的第一層絕緣層、一層金屬層和第二層絕緣層的制作方法可以用蒸鍍的方法，或者用濺射的方法；或者當(dāng)金屬層是鋁層時，第二層絕緣層還可以用氧化的方法制作。
全文摘要
一種有機三極管及其制備方法，有機三極管是垂直型的結(jié)構(gòu)。主要特點是置于發(fā)射電極的發(fā)射面上含有柵孔的兩層絕緣層之間夾有控制柵極的柵網(wǎng)。制備方法是首先在發(fā)射電極的發(fā)射面上制作柵網(wǎng)；然后再在柵網(wǎng)上制作有機半導(dǎo)體層和接收電極。本發(fā)明的控制柵極與發(fā)射電極之間僅隔一層可以薄到納米量級的絕緣層，因此，控制柵極與發(fā)射電極之間只要加很低的電壓就可以引發(fā)發(fā)射電極的場發(fā)射載流子。所以，控制柵極電壓既能夠?qū)崿F(xiàn)場發(fā)射，又能夠?qū)崿F(xiàn)場抑制。放大倍率和反應(yīng)速度都比現(xiàn)有技術(shù)的大有提高。本發(fā)明的有機半導(dǎo)體層還可以制成包含有機發(fā)光層的復(fù)合層，因此，本發(fā)明的有機三極管還可以發(fā)光。
文檔編號H01L51/05GK1588665SQ200410053100
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者張志林, 蔣雪茵 申請人:上海大學(xué)