有机薄膜晶体管的研究

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有机半导体材料凭借成本低、工艺简单、可实现大面积加工以及与柔性基底兼容等优点,在发光二极管、有机薄膜晶体管以及有机太阳能电池等领域具有极大的商业前景。有机半导体材料中,有机聚合物易溶于有机溶剂,可以使用溶液法等低成本工艺制备,但是迁移率较低;有机小分子材料具有较高的迁移率,但是需要真空蒸镀等制备工艺,成本太高。Tips-Pentacene是一种易溶于有机溶剂的小分子材料,由于兼具聚合物的低成本和小分子的高迁移率的优势,受到了广泛关注。本文利用空间电荷限制电流法研究了工艺参数对Tips-Pentacene薄膜的电学性能的影响,主要工作有:(1)通过使用PEDOT修饰电极,在电极和Tips-Pentacene薄膜间形成欧姆接触。(2)使用1wt%Tips-Pentacene的溶液制备薄膜,用373K、383K和393K退火,发现383K退火的薄膜具有最大的电流密度。(3)在383K下对Tips-Pentacene进行不同时间的退火,发现Tips-Pentacene具有不同的电流传输特性,在退火时间为2h和5h的条件下,随偏置电压的增加,双对数J-V曲线存在斜率依次为2,大于3以及2的不同区域,而在退火时间达到8h后,低电压下斜率为2的区域消失。根据空间电荷限制电流模型,分析了不同区域的电流传输机理,并提取了陷阱密度和空穴的迁移率。在退火时间超过8h后,材料有最低的陷阱密度5.70×1018/cm3和最大的空穴迁移率1.68×10-4cm2/(V·s),其在低偏置下传输特征的改变表明与溶剂残留有关的单一能级陷阱极大减小。(4)使用2wt%Tips-Pentacene的溶液制备薄膜,发现薄膜需要退火10h性能才能达到最好。使用1wt%和2wt%溶液制备相同厚度的薄膜,通过比较最大迁移率和最小陷阱态密度的值,发现2wt%的溶液的薄膜性能提高的不明显。这是因为高浓度的溶液制备较薄的薄膜需要较快的旋涂速度,而这会导致溶剂挥发太快,薄膜没有足够的时间结晶。(5)对2wt%Tips-Pentacene的溶液使用不同转速涂膜,得到不同厚度的薄膜,薄膜较厚时,迁移率的大小随电场变化,我们使用Poole-Frenkel公式描述这种变化,并提取了公式的参数因子。(6)使用基于空间电荷限制电流理论的导纳谱,初步研究了Tips-Pentacene薄膜的载流子传输。最后,将最优工艺制备的Tips-Pentacene薄膜用于底栅顶接触OTFT的制备,使用旋涂法制备PVP绝缘层,喷墨打印机打印电极,得到了全溶液法制备的OTFT。计算得到的场效应迁移率为0.0093cm2/(V·s),阈值电压为-6.7V,开关比为341。
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