有机场效应晶体管绝缘层表面修饰的研究

摘要

在信息化迅猛发展的今天，新型电子产品已经走入人们的视野。超市购物无需排队；显示器可折叠；智能手机微型化。这些美妙场景预示着晶体管正面临着一次革命：从传统的无机半导体晶体管向有机场效应晶体管(OFET)过渡。有机半导体材料与无机半导体材料相比，有突出的优势，其研究正如火如荼。然而，相对而言，关于OFET的界面性质提高方面的研究就比较少。因此，本文内容主要集中于绝缘层界面修饰对OFET器件性能影响的研究，具体研究内容如下：
　　首先，本文简要介绍了OFET的研究进展及热点研究问题，总结了OFET的器件结构及各层材料，并介绍了OFET的基本工作原理。论述了有机半导体的导电类型和电学模型及以此得到的OFET主要参数。讨论了半导体生长理论、绝缘层表面能及粗糙度对器件性能的影响，并以此建立实验的理论依据。
　　然后，我们制备了高性能OFET器件。研究了十八烷基硅烷(OTS)修饰对器件性能的影响。实验结果表明，在OTS修饰SiO2后，得到的有机半导体的薄膜有序度更高，表面形貌较为平整，迁移率增大；OTS优越的绝缘性使得开关比提高约三个数量级。在此基础上，我们深入研究了快速退火方式对OFET性能的影响，发现在快速方式退火得到的OTS薄膜上蒸镀得到的并五苯薄膜有序度大大提高，而且快速退火方式能够进一步降低表面陷阱密度，故迁移率增大，阈值电压减小。
　　我们还选取了三种聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯-PMMA、聚苯乙烯-PS、聚4-乙烯基苯酚-PVP)修饰SiO2绝缘层，探讨聚合物修饰对OFET性能的影响。实验结果表明，聚合物修饰后，最大陷阱密度降低，故迁移率增大。聚合物的优越绝缘性也使得开关比提高到105-106。快速退火方式能够得到最高的有序度和较低的粗糙度，故可进一步优化并五苯薄膜性质，而且快速退火方式能够进一步降低表面陷阱密度，减小阈值电压，提高迁移率。同时，我们从偶极内建电场的角度分析了PVP修饰层得到的OFET阈值电压最低的原因，推测是PVP产生的偶极电场产生一表面势，降低了OFET的阈值电压。
　　最后，简要总结全文并论述了OFET的发展趋势与应用前景。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 OFET的研究进展及研究意义

1.3 OFET目前存在的问题和发展方向

1.4 本论文的主要工作

第二章 有机场效应晶体管简介

2.1 有机场效应晶体管的结构

2.2 OFET材料

2.3 OFET工作原理

2.4 OFET参数及其获取

2.5 有机半导体的导电机制及电学模型

2.6 半导体薄膜生长过程与生长模式

2.7本章小结

第三章 栅绝缘层表面能及粗糙度对器件性能影响的研究

3.1 栅绝缘层表面影响OFET迁移率的主要参数

3.2 绝缘层表面修饰的方法

3.4 本章小结

第四章 自组装单层修饰对OFET性能影响的研究

4.1 引言

4.2基于SAM修饰层的OFET的制备及性能表征

4.3 SAM退火方式对OFET性能的影响

4.4 实验结果分析与讨论

4.5 本章小结

第五章 聚合物修饰对OFET性能影响的研究

5.1 引言

5.2基于绝缘层修饰层的OFET的制备及性能表征

5.3 聚合物退火方式对OFET性能的影响

5.4 实验结果分析与讨论

5.5本章小结

第六章 全文总结和展望

6.1 全文总结

6.2 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 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢