并五苯有机薄膜晶体管栅绝缘层性能的研究

摘要

目前，在有机半导体材料的研究和应用方面已取得丰硕的成果，其中有机薄膜晶体管(OTFT)因其较低的制备工艺、价格低廉、可与柔性器件兼容等优点，今后有望在全有机平板显示、柔性器件、光通信等领域发挥独特作用。虽然国内外已经有了很多关于OTFT的研究，但是仍存在一些问题，如：载流子的迁移率较低、阈值电压较高以及器件工作状态不稳定等。其中，栅绝缘层薄膜的表面形貌和厚度、材料的选择、栅绝缘层/有源层界面特性等因素会对有机薄膜晶体管的性能产生较大影响，因而对栅绝缘层的研究成为近年来一个热点方向。本课题基于这样的研究背景，在优化ITO栅电极制备工艺的基础上制备了三种不同栅绝缘层，并对相应的OTFT性能做了以下几个方面的研究： 首先，在ITO导电玻璃基片采用紫外厚胶光刻技术、湿法腐蚀工艺，对ITO栅电极制备工艺进行优化，研究了曝光机曝光时间、显影液显影时间、刻蚀液刻蚀时间等工艺条件对ITO薄膜刻蚀形貌的影响，并且用苯磷酸对腐蚀后的ITO栅电极进行表面修饰，得到了较为优化的制备ITO栅电极工艺条件。其次，通过旋涂法制备PMMA有机栅绝缘层，研究了不同PMMA溶液浓度与成膜厚度的关系，以及不同退火条件下PMMA薄膜的表面形貌及粗糙度。经测试，当PMMA浓度为20mg/ml，退火条件为100℃、60min时，所制备的并五苯OTFT器件电学性能更好；通过电子束真空镀膜法制备高K五氧化二钽（Ta2O5）栅绝缘层，研究了不同Ta2O5厚度下的并五苯OTFT器件电学性能，经测试得到当Ta2O5薄膜厚度为160nm时器件电学性能最好。最后，制备了以Ta2O5-PMMA为复合绝缘层的OTFT器件，研究了不同PMMA薄膜厚度对器件性能的影响。通过对比以单一PMMA或Ta2O5为绝缘层的OTFT器件性能，发现复合绝缘层OTFT器件性能有了很大提高。得到性能最好的复合绝缘层OTFT器件的场效应迁移率、阈值电压、开关电流比分别为0.31cm2/V·s、-3.8V和2.9×105。

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