基于溶剂选择和半导体/绝缘层界面修饰的有机薄膜晶体管特性研究

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有机薄膜晶体管作为极具潜力的新一代平板显示的核心技术,其加工温度低、结构易调、可溶液加工和天然柔性,受到研究者们广泛关注。目前,通过对有机半导体材料的开发和器件整体结构调整,已经可以达到商用非晶硅的水平,但是绿色加工性仍有待提高。本论文主要通过加工溶剂的筛选和半导体/绝缘层界面的调控,基于宽带隙强聚集性聚合物实现高迁移率器件,并且为绿色溶剂加工的发展提供思路。采用底栅顶接触场效应晶体管结构,以宽带隙给体-受体聚合物PBODT作为有源层,使用三种溶剂氯仿(CF)、邻二氯苯(DCB)和1,3,5-三甲苯(MES)作为加工溶剂,聚合物薄膜均显示出edge-on取向,但薄膜的聚集和结晶情况却不相同。在低表面能界面和加工溶剂的协同作用下,有机薄膜晶体管获得了3.68 cm~2V-1s-1的高迁移率。值得一提的是,非氯溶剂MES所制备的器件也能得到与氯化溶剂所制备的器件相媲美的迁移率。实验证明溶剂加工和半导体/绝缘层界面协同作用对宽带隙聚合物的高迁移率实现起到重要作用。进一步地选用在聚合物PBODT上引入氟原子,链间相互作用更强,聚集更强的宽带隙聚合物PBOff DT作为有源层。在DCB、氯苯(CB)和邻二甲苯(o-XY)溶剂加工下,薄膜的聚集状态发生明显改变。在加工溶剂和绝缘层界面修饰的协同作用下,使用氯化溶剂DCB测得的最高迁移率为7.56 cm~2V-1s-1,非氯溶剂o-XY也能得到与氯化溶剂相媲美的性能,为7.15 cm~2V-1s-1。实验还发现非氯溶剂o-XY加工对半导体/绝缘层界面的表面能变化十分敏感。进一步验证溶剂加工和半导体/绝缘层界面协同作用对实现宽带隙聚合物的高迁移率起到重要作用。
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