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作为未来有机电路关键元件的有机场效应晶体管(OFETs)具有易于制备,质轻,价廉,柔韧性好,弹性好和与柔性衬底良好的相容性等优点,在射频标签,柔性显示,电子纸和大面积传感器等领域有着巨大的应用前景,引起了研究者们的极大关注,成为研究的热点。本论文主要在半导体材料和OFETs器件的制备方面开展了研究,主要研究内容及成果总结如下:
1.研究了有机半导体材料2-芘氧-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧自由基的电化学和光物理性质,磁性测试表明分子间存在反铁磁相互作用,在固态时分子以头对头的方式排列;通过XRD表征得知该化合物蒸镀的膜为无定型态,SEM结果表明该化合物的膜连续性非常好;将该化合物用于制备OFETs,器件的迁移率约为0.1 cm2/V s,开关比为5×104,器件较低的阈值电压(-0.6 V)和亚阈值斜率(540 mV/decade),可以使器件在较低的电压下工作。
2.研究了一类新型的共轭桥联聚合物半导体PT-VTVTV2和PT-VTVTV4的光物理性质,电化学性质和热性质;用AFM研究了该聚合物膜的形貌,用XRD研究了该膜的结晶性能;将该化合物用作OFETs的半导体层,器件显示出良好的OFETs性能,迁移率高达3.8×10-3 cm2/V s,开关比为104,阈值电压为24 V。
3.采用20 nm厚的聚乙烯咔唑(PVK)作为缓冲层,修饰SiO2/并五苯界面,研究了缓冲层对器件性能的影响。结果发现PVK缓冲层有利于并五苯分子在缓冲层上形成枝状结晶;同时可以改善并五苯分子与介电层间的界面,从而提高器件的性能,迁移率高达0.5 cm2/V s,开关比为107。由于PVK可以存储电荷,可以使器件的夹断电压降低(绝对值小于20 V);可以通过改变起始栅压,改变PVK中存储电荷的数量,将器件的阈值电压控制在1~-29 V。
4.经过热处理交联的聚乙烯醇(PVA)在厚度约80 nm时,PVA膜的漏电流控制在小于10-6A/cm2,在频率为1 kHz时,该膜的电容约为54 nF/cm2,利用该膜作为介电层,器件可以在1 V电压下工作,CuPc器件的迁移率高达0.05 cm2/V s,阈值电压为-0.14 V。
5.PVA和LiF复合所得膜在厚度为40 nm时,漏电流约为10-6 A/cm2,其电容高达160 nF/cm2,作为有机场效应晶体管的介电层的CuPc基OFETs可以在2 V下工作,输出电流比80 nm厚的PVA膜作介电层的OFETs大,迁移率高达0.03 cm2/Vs,阈值电压为0.57V。