PBDFTDTBT有机场效应晶体管制备及光敏性研究

摘要

苯并二呋喃(BDF)体系材料由于其和苯并二噻吩(BDT)体系材料的结构类似，近年来受到学者的广泛关注，大多数关注在有机光伏领域，其光电转换效率(PCE)可达7％;然而对其场效应晶体管(OFET)特性关注甚少。本文从制备高性能有机材料出发，采用Stille偶合聚合反应合成了新型BDF体系D-A结构共轭聚合物材料聚4，8-二(2-异辛氧基-噻吩基)苯并[1，2-b:3，4-b']二呋喃-5，5-4，7-二(2-基)-5，6-二辛氧基-2，1，3-苯并噻二唑(PBDFTDTBT)，该材料的PCE达6％，鉴于其在光伏领域中良好的性能，以其为活性层用溶液旋涂法制备了底栅顶接触结构OFET，并研究了其光敏性，分析了光照对器件性能的影响，结果表明该材料在OFETs和有机光敏晶体管(OPTs)领域中具有优异的性能，显示出BDF体系材料除了光伏领域外在晶体管领域中也有巨大的潜力。具体研究内容如下:
　　首先对材料的光学性能和薄膜进行了表征。PBDFTDTBT在300-800nm有一个宽的吸收范围，与其良好的光伏性能符合。对衬底进行十八烷基三氯硅烷(OTS)处理，发现处理后旋涂薄膜的表面形貌得到改善，并分析了OTS对薄膜生长形貌的影响;在此基础上制备OFET，OTS处理的器件性能明显提升，其迁移率比未处理器件提升一个数量级达0.05cm2/Vs，这和OTS处理后表面形貌得到优化相符合，说明了界面处理对有机场效应晶体管器件性能的重要性，并且得到的迁移率在所有BDF材料报道中是最高的。
　　在上述基础上，通过对器件进行光照来观察不同条件下OFET特性曲线变化。施加不同光强照射器件，发现随着光强增强，器件阈值电压从-15.6V漂移到27.8V，这是光照条件下在沟道中产生了光伏效应，光强越强光伏效应越明显;器件的光电流增益也随光强增强而增强，最大光增益在100mW/cm2光照下为1.2×105，光响应度则相反，在1mW/cm2光照下最大为360mA/W。同时，光照下输出特性都有明显的线性和饱和区域，与传统输出特性类似，由于光伏效应在漏极处积累的空穴和栅极共同调控作用的影响，低Vds下有微弱的接触电阻存在;此外，器件表现出良好的空气稳定性和光稳定性。这些结果都表明BDF体系材料在OFETs和OPTs中有潜在的应用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 有机场效应晶体管

1．1．1 OFET结构及原理

1．1．2 OFET材料

1．2 有机场效应晶体管的发展

1．3 苯并二呋喃(BDF)基有机半导体的发展

1．4 本文的主要内容和结构

2 OFET制备及表征

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验仪器

2．2 器件制备

2．2．1 衬底清洗和处理

2．2．2 有机薄膜制备

2．2．3 电极制备

2．3 测试原理和方法

2．3．1 紫外-可见分光光度计

2．3．2 台阶仪

2．3．3 原子力显微镜(AFM)

2．3．4 半导体参数分析仪

3 基于PBDFTDTBT场效应晶体管研究

3．1 聚合物制备

3．1．1 PBDFTDTBT合成

3．1．2 PBDFTDTBT材料光学性能分析

3．2 PBDFTDTBT晶体管制备和表征

3．2．1 OFET制备

3．2．2 衬底处理对半导体层的影响

3．2．3 晶体管性能分析

3．3 本章小结

4 PBDFTDTBT场效应晶体管的光敏性研究

4．1 有机光敏晶体管结构及原理

4．2 不同光照下器件转移特性变化

4．3 不同光照下器件输出特性变化

4．4 本章小结

5 总结和展望

5．1 研究工作总结

5．2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢