多功能有机薄膜晶体管研究

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多功能有机薄膜晶体管(OTFT)集OTFT的开关特性与其他功能(例如存储、发光等)于一体,是目前有机/无机半导体材料与功能器件领域研究的热点之一。针对多功能OTFT小型化、便携化的发展趋势,在本论文中,我们创新性地引入摩擦纳米发电机(TENG)将机械力转换为静电势能,代替传统的栅极电压,研究开发了新型多功能OTFT器件。此外,利用铱离子型配合物,开发了绝缘层面发光的晶体管。研究主要包括:1.开发了基于Ta2O5的有机摩擦晶体管(OTT),实现以机械力代替传统栅极电压对沟道电流进行调控。通过对薄膜形貌的分析及对各功能层的优化匹配,成功制备具有良好电学特性和稳定性的器件,其平均阈值电压(VT)小于1V,开关电流比(Ion/Ioff)超过105,在干燥器中保存一年后性能未明显退化。此外,我们实现了OTT对有机发光二极管(OLED)的发光调控应用。2.开发了基于Ta浮栅结构的有机摩擦晶体管存储器(OTTM),实现对机械摩擦信号的存储。利用Ta浮栅结构增加电荷捕获密度,并用长链聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)提升器件的抗拉伸性,我们成功制备了高性能柔性器件,其存储窗口(VMW)达到16.3±0.4 V,开关比超过105,存储时间大于105s,可耐受超过1000次的弯曲测试,在氮气氛围手套箱中保存2个月后仍具有摩擦存储性能。在此基础上,我们分析了OTTM的工作机制并通过耦合柔性OLED,建立全柔性可穿戴接触监控系统,实现了OTTM的实际应用。3.研究基于铱离子型配合物[Ir(dmfpz)2(dtb-bpy)]PF6的栅绝缘层,以氧化锌锡(ZTO)为半导体层的晶体管,实现了结构简单、工作电压低、绝缘层面发光的新型器件。利用双电层机理,有效降低器件阈值电压(VT)至0.85 V。器件迁移率达到48.3 cm2 V-1s-1,并实现了VGS与VDS对发光的调控作用。而后,我们将该方法推广到其它铱离子配合物,基于[Ir(ppy)2pyim]PF6,系统研究了掺杂不同浓度的PMMA后对器件性能的影响,同样实现了三个电极对发光的调控。此外,我们分析研究了掺杂与未掺杂器件的工作机制。该研究为未来能够实现集发电、开关调控、存储、显示于一体的多功能有机摩擦晶体管器件打下了一定基础。
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