基于丝网印刷制备高性能的有机场效应晶体管阵列的研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flyrat1997
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有机场效应晶体管作为有机集成电路中最重要的基本单元之一,在柔性显示、集成电路以及传感等方面展现出了广阔的应用前景。有机半导体作为有机场效应晶体管中最核心的部分,其薄膜内部的分子堆积直接影响着载流子的注入和传输。到目前为止,已经开发了多种制备高质量有机半导体的薄膜的方法,如喷墨打印、丝网印刷等。在这些方法中,丝网印刷由于具有简单、低成本和高效等优点,在工业中得到了广泛应用。然而,丝网印刷需要使用到高粘度的墨水,导致印刷的膜厚在数个微米左右,不利于载流子的注入。因此,通过丝网印刷制备高性能的有机小分子半导体薄膜至今仍然是一个重大的挑战。本论文围绕丝网印刷制备高性能的有机小分子半导体薄膜开展了一系列工作,主要工作分为以下三方面:1.选用C6-DPA与PMMA混合的方法改善了溶液在SiO2/Si基底表面的润湿性,提高了C6-DPA薄膜的结晶性,首次通过丝网印刷制备出了膜厚相对比较均匀且厚度在20 nm左右的C6-DPA薄膜,器件性能最高可达2.5 cm2V-1s-1。鉴于丝网印刷制备的C6-DPA薄膜缺陷较多,器件性能偏低。我们用F4-TCNQ对C6-DPA与PMMA混合溶液掺杂的方法对器件性能做了进一步优化,优化的器件迁移率最高可达5.0 cm2V-1s-1,这与目前报道的C6-DPA单晶器件的性能相当。最后,我们通过丝网印刷制备出了C8-BTBT薄膜,器件迁移率最高可达7.8 cm2V-1s-1。2.在丝网印刷有机半导体与PMMA混合溶液时,引入绝缘且不溶的Bank结构控制有机半导体薄膜的形状,并且提高了有机半导体薄膜的结晶性。基于得到的高度结晶的C6-DPA和C8-BTBT薄膜阵列制备了相应的OFET器件,迁移率最高分别为1.84 cm2V-1s-1和12.1 cm2V-1s-1。同时,基于这种方法在柔性PEN基底上制备出了具有高度结晶型的C8-BTBT薄膜阵列,器件迁移率最高可达2.65cm2V-1s-1。3.我们将溶液剪切法与丝网印刷结合,制备出了具有高度取向性的有机单晶阵列。基于得到的有机单晶阵列制备的OFET,迁移率最高达10.7 cm2 V-1 s-1,开关比在109左右,亚阈值斜率为0.23 V·dec-1,阈值电压为-5 V。将这种图案化的方法应用到Pseudo CMOS反相器的制备中,得到了具有高度取向的有机单晶反相器,反相器的增益最高可达31.2。
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