有机三极管及其制备方法.pdf

一种有机三极管及其制备方法，有机三极管是垂直型的结构。主要特点是置于发射电极的发射面上含有栅孔的两层绝缘层之间夹有控制栅极的栅网。制备方法是首先在发射电极的发射面上制作栅网；然后再在栅网上制作有机半导体层和接收电极。本发明的控制栅极与发射电极之间仅隔一层可以薄到纳米量级的绝缘层，因此，控制栅极与发射电极之间只要加很低的电压就可以引发发射电极的场发射载流子。所以，控制栅极电压既能够实现场发射，又能够实现场抑制。放大倍率和反应速度都比现有技术的大有提高。本发明的有机半导体层还可以制成包含有机发光层的复合层，因此，本发明的有机三极管还可以发光。

1、  一种有机三极管，是垂直型结构的有机三极管，含有衬底，置于衬底上面的发射电极、有机半导体层和接收电极，其特征在于在发射电极与接收电极之间的有机半导体层内，置放在发射电机的发射面上含有栅孔的两绝缘层之间夹有控制栅极的栅网。

2、  根据权利要求1所述的有机三极管，其特征在于所说的有机半导体层是单层，或者是复合层。

3、  根据权利要求2所述的有机三极管，其特征在于所说的复合层的有机半导体层包含有机半导体层、有机发光层和载流子传输层。

4、  根据权利要求1或2所述的有机三极管，其特征在于所说的有机半导体层的构成材料是有机半导体材料，或者是基本没有载流子的小分子近似绝缘材料。

5、  一种有机三极管的制备方法，首先在衬底上蒸镀发射电极，其特征在于在衬底上的发射电极的发射面上先制作好栅网，然后在栅网上蒸镀有机半导体层，最后在有机半导体层上蒸镀接收电极。

6、  根据权利要求5所述的有机三极管的制备方法，其特征在于制备方法的具体步骤是：
<1>首先在衬底上制作发射电极，然后在发射电极的发射面上制作栅网，制作栅网按照顺序制作第一层绝缘层、一层金属层(作为控制栅极)、再加上第二层绝缘层后，用光刻的方法或用蒸镀的方法在这三层上制作栅孔；
<2>在上面制作的栅网上，制作有机半导体层，制作的有机半导体层是单层，或者是复合层；
<3>在上述的有机半导体层上制作接收电极，再分别引出发射电极，接收电极以及控制栅极的电源接线。

7、  根据权利要求6所述的有机三极管的制备方法，其特征在于所说的复合层的有机半导体层的具体制作步骤是：先在栅网上，制作一层有机半导体层，再在有机半导体层上制作一层有机发光层，再在有机发光层上制作一层载流子传输层。

8、  根据权利要求6所述的有机三极管的制备方法，其特征在于所说的用光刻的方法制作栅孔的具体方法是：在衬底上的发射电极的发射面上，按照顺序制作第一层绝缘层、一层金属层、再加第二层绝缘层，然后用光刻的方法在这三层上刻出筛孔，直到孔中露出发射电极的发射面，即为刻制栅孔完成。

9、  根据权利要求6所述的有机三极管的制备方法，其特征在于所说的用蒸镀的方法制作栅孔的具体方法是：首先在发射电极的发射面上均匀地涂布一层磁粉，然后在磁粉上按照顺序制作第一层绝缘层、一层金属层、再加第二层绝缘层，然后去除磁粉，就构成了栅孔。

10、  根据权利要求6所述的有机三极管的制备方法，其特征在于所说的栅网中所包含的第一层绝缘层、一层金属层和第二层绝缘层的制作方法可以用蒸镀的方法，或者用溅射的方法；或者当金属层是铝层时，第二层绝缘层还可以用氧化的方法制作。

有机三极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三极管及其制备方法，尤其涉及有机三极管及其制备方法。而且，还可以带发光的有机三极管及其制备方法。
背景技术
现有的有机三极管如薄膜场效应晶体管(TFT)或场效应晶体管(FET)主要是卧式结构。是在衬底5上放置有控制栅极6，再放置绝缘层4，在绝缘层4上的有机半导体层2内在同一平面上分别置放着发射电极(源电极)1和接收电极(漏电极)3。如图1所示(参见Christos D.Dimitrakopoulos and Patrick R.L.Malenfant，＜Adv.Mater.14.(2002)，No：2，99-117)。
K.库督等人(参见K.Kudo，M.lizuka，S.Kuniyshi，K.Tanaka，<Thin SolidFilms>393(2001)362)提供一种垂直型场效应三极管(Vertied Type Field EffcetTransistors-FET)它的基本结构是在发射电极1和接收电极3之间，以酞菁铜作为有机半导体层2，在有机半导体层2中间置有一系列的控制栅极6，如图2所示。它的优点是反应速度比上述卧式的快，电流也较大，电压较低。
垂直型结构的有机三极管还有一个优点就是，它可以容易地与有机发光二极管制作在一起(参见<Thin Solid Films>438-439(2003)330-333)。但这种垂直型结构的有机三极管在制造有机半导体导层2中间的控制栅极6的栅线组时，需要用真空蒸发加掩膜板的方法来制作，而掩膜板上的掩膜线之间的间距以及掩膜线本身很难做得很细，因此，很难做出较好的栅线组，当然，更不便于用在器件上的制作。
发明内容
本发明的目的是为了方便地制作垂直型结构的有机三极管，克服上述现有技术中的不足，提供一种有机三极管及其制备方法，既具备上述垂直型结构的有机三极管的全部优点，还可以具有场发射的功能，而且放大倍率和反应速度比现有技术的更有提高，同时制作方法简便可靠，当制作含有发光层的复合的有机半导体层时，即是在有机半导体层与背电极之间插入有机发光层时，还可得到有发光性能的有机三极管。
为达到上述的目的，本发明采取的技术方案是：采用垂直型结构的有机三极管，在发射电极(下电极)与接收电极(上电极)之间的有机半导体层内，置于发射电极发射面上含有栅孔的两层绝缘层之间夹有控制栅极的栅网。
制备的方法是：首先在衬底上蒸镀发射电极，然后在衬底上的发射电极的发射面上先制作带有大量栅孔的在两层绝缘层之间夹有作为控制栅极的金属层的栅网，然后再在栅网上制作单层有机半导体层，或者含有有机发光层的复合层的有机半导体层，最后在有机半导体层上制作接收电极。
本发明有显著的优点：
1、如上述本发明的技术方案，本发明栅网中的栅孔孔径可以做到几个微米至纳米量级。对流过栅孔的载流子的控制力更大。因此，控制栅极获得的放大倍率比上述现有技术中垂直型结构的有机三极管更大。
2、本发明栅网中的绝缘层厚度可以做到纳米量级，则控制栅极与发射电极的发射面仅隔纳米量级厚度的绝缘层。控制栅极与发射电极之间能够很容易地形成场发射作用。因此，只需要加很低电压就可以引发发射电极的场发射载流子。发射的载流子流向接收电极(当然，发射和接收两电极之间要加电压)。因此，本发明的控制栅极电压既可实现场发射，也能实现场抑制。所以，放大倍率和反应速度(工作频率和功率)都比现有技术有很大提高。则利用本发明结构的元件的阈值电压就可以做得比现有技术的更低，反应速度也更快。
3、本发明制作有机半导体层材料选择范围较宽。如上述，因为本发明的有机三极管是场发射作用激发出发射电极的载流子，因此，有机半导体层既可以用高迁移率材料也可以用基本没有载流子的小分子材料(接近绝缘材料)构成，所以构成有机半导体层的材料选择比较容易，选择的范围较宽。
4、本发明的栅网与发射电极之间的距离很小，当绝缘层采用高介电常数的介质时，本身就是一个电容。当把它与有机发光层结合后应用于平板显示屏时，无须另外再加电容。这对于应用在大面积平板显示上是很有利的。器件可以做得小而薄。能够加大发光面积。
5、因为栅网可以先制作，然后再制作有机半导体层等。因此，制作方便，而且容易制成大面积器件、大面积平板显示器件等。
6、本发明的有机半导体层可以是单层的，或者是含有有机发光层的多层的。对于包含有机发光层的有机三极管就可以得到能够受栅极控制的有机发光屏。
图1为卧式有机三极管的结构示意图。
图2为现有技术中垂直型有机三极管的结构示意图。
图3为本发明地有机三极管的结构示意图。
图4为图3中栅网的结构示意图。
图5为带有有机发光层的有机三极管的结构示意图。
下面结合附图进一步说明本发明有机三级管的结构及制备方法。
如图3所示的结构，本发明的有机三极管是垂直型的结构。包含衬底5，在衬底5上置放的发射电极1，在发射电极1的发射面上置放的栅网7。在栅网7上面置放的有机半导体层2，在有机半导体层2上面置放的接收电极3。在发射电极1与接收电极3之间连接有电源9，在发射电极1与控制栅极6之间连接有可变电源8。
所说的栅网7含有第一绝缘层701、第二绝缘层702，在第一、第二两绝缘层701、702之间的控制栅极6，在第一、第二绝缘层701、702和控制栅极6上的栅孔703。如图1、2所示。
所说的第一、第二绝缘层701、702的厚度可以薄到纳米量级。
所说的栅网7上的栅孔703孔径可以小到纳米量级。
所说的有机半导体层2的材料可以是有机半导体材料，如酞菁铜，酞菁锌，酞菁镍，多并苯，聚苯胺，聚吡咯；或者是基本没有载流子的小分子近似绝缘材料如空穴传输材料，或电子传输材料。
所说的空穴传输材料是NPB(N，N’-双【1-萘基】-N，N’-二苯基-1，1-联苯-4，4’-二胺)，或者是TPD(N，N’-二苯基-N，N’-双【3-甲基苯】1，1-联苯-4，4’-二胺)。
所说的电子传输材料是Alq(8羟基喹啉铝)，或者是TAZ(1，2，4-三唑)。
所说的有机半导体层2，可以是单层的如图3所示，或者是复合层的如图5所示。图5中复合层的有机半导体层2中的201为有机半导体层，202为有机发光层，203为载流子传输层。
所说的有机发光层202的材料可以是Alq(8羟基喹啉铝)，或者是DPVBi(4，4-二(2，2苯乙烯基)-1，1’-联苯)，及其掺杂剂BCZVB(1，4-二(2-(3-N-乙基咔唑基)乙烯基-苯))，或者掺杂剂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(红荧烯)，或者是芘。
所说的载流子传输层203的材料是Alq(8羟基喹啉铝)，或者是NPB(N，N’-双【1-萘基】-N，N’-二苯基-1，1-联苯-4，4’-二胺)，或者是TPD(N，N’-二苯基-N，N’-双【3-甲基苯】1，1-联苯-4，4’-二胺)等。
本发明上述结构的有机三级管制备方法的具体步骤是：
<1>首先在衬底上制作(蒸镀或溅射的方法)发射电极，然后在发射电极的发射面上制作栅网，栅网的制作是：按照顺序制作第一层绝缘层、一层金属层(作为控制栅极)、再加第二层绝缘层后，用光刻的方法或用蒸镀的方法在这三层上再制作栅孔；
<2>在上面制作的栅网上，制作有机半导体层。制作的有机半导体层是单层，或者是复合层；
<3>在上述的有机半导体层上制作接收电极，再分别引出发射电极，接收电极以及控制栅极的电源接线。
上述第一步中，所说的采用光刻的方法制作栅孔的具体做法是：在第一层绝缘层上加一层金属层(作为控制栅极)，再加第二层绝缘层，然后用光刻的方法把这三层刻出筛孔，直刻到孔中露出发射电极的发射面时(如图1所示)，为完成刻制栅孔。
所说的用蒸镀方法制作栅孔是：首先在发射电极的发射面上均匀地涂布(用吹粉，或流粉的方法)一层磁粉(本实施例中用纳米量级颗粒的磁粉)，然后在磁粉上按顺序制作第一层绝缘层、一层金属层(作为控制栅极)、再加第二层绝缘层，三层完成后，再去除磁粉，就构成了栅孔。本实施例中，用磁铁吸附磁粉的办法吸掉磁粉，构成栅孔。
上述第一步中，栅网中所包含的第一层绝缘层、一层金属层和第二层绝缘层的制作方法可以用真空蒸镀的方法，或者用旋涂(甩胶)的方法；或者当金属层是铝层时，第二层绝缘层还可以用氧化的方法制作。
上述第二步中所说的复合层的有机半导体层的具体制作步骤是：先在栅网上，制作一层有机半导体层，再在有机半导体层上制作一层有机发光层，再在有机发光层上制作一层载流子传输层。
所说的夹在第一、第二两绝缘层之间的金属层即为控制栅极层，金属层(控制栅极)的材料采用铝、或银、或金、或其它金属。
所说的绝缘层可以选用有机绝缘材料，或者选用无机绝缘材料。
所说的发射电极的材料选用贵金属的金，或选用氧化铟锡(ITD)。
所说的接收电极的材料选用金，或铝。