膦酸自组装分子(SAMs)在基于萘四酰亚二胺衍生物(NDIs)的n型有机薄膜晶体管(OTFTs)中的应用

摘要

有机薄膜晶体管(OTFTs)作为有机集成的核心组件，是一种由有源层、金属电极和绝缘层组成的场效应器件。近年来，由于OTFTs器件在下一代电子设备如柔性显示器以及低成本射频识别标签中的潜在商业化应用已经引起了人们的广泛关注。但是仍有许多挑战制约着OTFTs在有机集成上的实际应用，缺少高性能且空气稳定性好的n型有机半导体材料就是其中的一个挑战。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1、本文选择了三种不同的膦酸自组装分子（NAPA、TDPA、ODPA），通过溶液浓缩提拉法（T-BAG）分别在SiO2绝缘层表面形成了自组装分子层（SAMs），并阐述了自组装分子与绝缘层的作用的基本原理；通过观测自组装薄膜的接触角，可知三种膦酸分子均有良好的疏水性，得以减小绝缘层表面的表面能；对ODPA分子自组装薄膜的AFM图谱进行了分析，发现ODPA在SiO2绝缘层形成了致密均匀的单层薄膜。
　　2、经过有机合成并分离提纯得到几种NDI衍生物有机半导体材料；通过热重分析确定有机半导体材料的热分解温度（Td），表明几种NDI衍生物分子在蒸镀时均没有发生分解。测绘了NDI衍生物的循环伏安曲线，计算材料所对应的LUMO能级，结果表明这几种NDI衍生物分子的LUMO能级变化不大，均在-3.8eV左右。
　　3、利用真空沉积技术制备了基于五种NDI衍生物分子（NDI-TP、NDI-Cy5、NDI-C8、NDI-C14、NDI-C16）的OTFTs器件；对基于不同NDI衍生物的OTFTs器件的半导体特性进行了表征，测试出相应的输出特性曲线以及转移特性曲线，从而计算得到OTFTs器件的半导体性能参数；对比OTFTs的半导体性能，分析了三种膦酸自组装分子修饰SiO2绝缘层表面对器件性能的改善效果，讨论了基底温度（Tsub）对器件性能的影响；就三种膦酸自组装分子而言，ODPA对器件性能的改善效果更为明显；其中当基底温度为25℃，基于NDI-C14的OTFTs器件在ODPA的修饰下，载流子迁移率达到了5.83×10-2cm2/V?s,相对于未进行自组装的器件性能提升明显；对五种NDI衍生物在各绝缘层上形成的薄膜形貌进行了XRD表征，描述了衍射强度、分子层间距、峰宽对器件性能的影响；最后对基于NDI-C14的各绝缘层多晶薄膜进行了AFM表征，探讨了薄膜形貌与OTFTs器件性能之间的关系。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 OTFTs的历史背景及发展现状

1.3 OTFTs的应用前景

1.4 OTFTs研究中的问题

1.5本论文的主要研究内容

2 OTFTs器件的相关理论概述

2.1 OTFTs器件的基本结构与制备工艺

2.2 OTFTs器件的工作原理与电荷传输模型

2.3 评价OTFTs器件性能的主要参数

2.4 OTFTs器件的常见材料及性能

3 膦酸分子自组装

3.1 引言

3.2 实验器材

3.3 制备膦酸自组装薄膜

3.4 SAMs分子薄膜的表征

3.5 本章小结

4 基于NDI衍生物的n型OTFTs器件的制备与研究

4.1 引言

4.2 实验器材

4.3 萘四酰亚二胺类衍生物的合成与表征

4.4 制备OTFTs器件

4.5 OTFTs器件的性能表征

4.6 有源层薄膜的形貌

4.7 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和专利：