dif-TES-ADT有机薄膜晶体管的双层钝化研究

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与无机薄膜晶体管相比,有机薄膜晶体管(Organic Thin-Film Transistor,OTFT)具有低温溶液可加工性和柔韧性等独特优势。它们通常对空气环境中的水汽和O2敏感,长期贮存稳定性较差,这阻碍了它们的实际应用。本文对以2,8-difluoro-5,11-bis(triethylsilylethynyl)anthradithiophene(dif-TES-ADT)为有源层的 OTFT 贮存不稳定性的来源进行了研究,着重分析了空气、水汽和O2对器件特性的影响,澄清了水汽在器件退化中起主导作用。基于此,本文提出了双层钝化的方法——下层钝化层保护沟道、上层钝化层阻挡水氧,大大提高了 OTFT的贮存稳定性。本文首先研究了空气对无钝化层的dif-TES-ADT TFT器件特性的影响。制备出的器件刚开始电学性能较差:开态电流(Ion)较小,阈值电压(Vth)较大。暴露于空气中两天后,器件开态电流明显提升、线性度变好,这是由于空气中的水氧分子作为P型掺杂剂,填充了有机半导体(Organic Semiconductor,OSC)/电极界面在蒸镀电极时热损伤而产生的缺陷态,提高了载流子的注入效率。然而,随着暴露空气时间的延长,器件性能逐渐发生退化:Ion下降,Vth负漂。进一步研究dif-TES-ADT TFT在单独的水汽和O2下器件特性的变化,发现dif-TES-ADT TFT的贮存不稳定性主要来源于空气中的水汽,归因于吸附在背沟道处的水汽扩散进入有机沟道层或沟道/栅介质界面,引入了类施主态陷阱。针对dif-TES-ADT TFT的贮存不稳定性,本文对使器件与外界环境隔离开的钝化技术进行了研究,主要从钝化层对OTFT器件特性的影响及长期的水氧阻挡能力两方面进行评估。我们对多种单层钝化层进行了比较,研究发现氟化聚合物CYTOP由于与沟道具有“正交性”,不伤害有机沟道,但其水氧阻挡能力较差;而紫外(Ultraviolet,UV)固化胶会部分溶解和破坏有机沟道,使器件性能下降,但具有优异的水氧阻挡性能。因此,结合两者优势,我们提出了 CYTOP/UV胶双层钝化方法,CYTOP在底层保护有机沟道,UV胶在上层阻挡外界水氧。结果表明经双层钝化的OTFT器件可在高湿度水汽和O2中稳定存放25天而几乎不发生退化,大大提高了 dif-TES-ADT TFT的贮存稳定性。最后对双层钝化具有优异气氛阻挡能力的原因进行了分析,UV胶经紫外光固化和热固化后形成了紧密的网络交联结构,提供了低水汽渗透率的保护层,并且具有强力的粘结强度,与下方的OSC层形成啮齿结构,可以将CYTOP的表面及侧面完整地包裹住。这项工作在OTFT成为满足实际应用挑战的稳定器件的道路上迈出了重要一步。
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