喷墨印刷制备有机场效应晶体管的研究

摘要

近年来，低成本的电子应用如电子标签（RFID）、柔性显示等越来越受到人们的广泛关注。印刷电子技术由于其柔性化、大面积及低成本等优势，已经成为了最有前途的电子产品制备技术。作为印刷电子学技术中的一员，喷墨印刷技术在电子器件制造工艺中有着十分广泛的应用。通过近年来国内外的研究已实现了各种电子元件的印刷制备过程，尤其在有机场效应晶体管方面，得到了巨大的发展。相较于无机硅技术对于制备环境的高要求及制造工艺的高复杂性，喷墨印刷有着巨大的优势，其制备的有机场效应晶体管开始进入人们的视野并得到研究。
　　本文主要工作是通过使用Dimatix-3000喷墨打印设备完成对于纳米银电极层、聚-3己基噻吩（P3HT）半导体层的制备研究与优化，以及有机场效应晶体管的制备。首先通过改变不同的打印点间距从而得到纳米银电极和聚-3己基噻吩（P3HT）半导体层在二氧化硅表面点、线、面的制备。且分别研究了纳米银电极和聚-3己基噻吩（P3HT）半导体层在二氧化硅、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄片、载玻片、和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄片以及酞菁铜表面的成膜情况。通过改变打印条件，得到了在二氧化硅表面无咖啡环效应的纳米银电极层。为了对柔性、低成本电子应用做出贡献，特别分析了在硝酸纤维素膜上纳米银电极层和聚-3己基噻吩（P3HT）半导体层的制备情况，并获得了在多孔隙纸上电阻值为158Ω的纳米银电极。其次，通过改变半导体层的打印层数制备出有机场效应晶体管，发现喷墨印刷半导体层数对于聚-3己基噻吩（P3HT）半导体层在器件沟道中的成膜情况有着巨大的影响，从而影响器件的性能。接着通过使用喷墨打印制备电极层和半导体层的方式，对比有无咖啡环效应的源漏纳米银电极所制备的有机场效应晶体管的性能，发现无咖啡环效应的源漏电极对于半导体层在器件沟道中的有序排列的干扰小于有咖啡环效应的源漏电极，从而提高了所制备的器件的性能，其开关比相差将近两个数量级。最后通过结合喷墨印刷技术和旋涂的方法，完成了全溶液制备方式的柔性有机场效应晶体管的制备，为课题后续对于柔性有机场效应晶体管在生物传感及PH检测方面的应用提供了必要的参考。

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第一章 绪论

1.1 喷墨印刷有机场效应晶体管概述

1.2 本文研究内容

第二章 有机场效应晶体管原理及喷墨印刷技术原理

2.1 有机场效应晶体管的基本结构

2.2 有机场效应晶体管的工作原理

2.3 有机场效应晶体管的基本参数

2.4 喷墨印刷技术原理

2.5 本章小结

第三章 喷墨印刷研究制备电极与有机半导体层

3.1 实验材料

3.2 实验仪器

3.3 喷墨印刷制备Ag电极的研究

3.4 喷墨印刷制备P3HT有机半导体层的研究

3.5 本章小结

第四章 Ag电极制备的优化与研究

4.1 Ag电极二氧化硅表面成膜形貌研究

4.2 Ag电极在硝酸纤维素膜上打印形貌及导电性

4.3 本章小结

第五章 喷墨印刷制备有机场效应晶体管

5.1 喷墨印刷制备不同P3HT层数的有机场效应晶体管

5.2 喷墨印刷制备有机场效应晶体管

5.3 全溶液制备有机场效应晶体管

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 研究展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢