基于HfOx介电层有机薄膜晶体管的制备与研究

摘要

有机薄膜晶体管(organic thin film transistors, OTFTs)的优点如轻盈、可弯折、工艺选择多等愈发地受到人们关注，同时，其在近十年来也得到了迅速的发展。作为薄膜晶体管行业中的热门方向，OTFTs广泛地被应用在微电子半导体、微型电路等领域。然而OTFTs成功的商业化征途中还存在着高驱动电压、低迁移率以及低稳定性等阻碍，尤其是器件工作在高驱动电压下时产生的能耗问题，很大程度上限制了OTFTs大规模的应用。而采用高介电常数的无机氧化物作为介电层可以使得OTFTs工作在较低的驱动电压下，使得器件的能耗问题得以改善。本文研究了HfOx材料作为介电层的OTFTs器件相关性能，在此基础上对器件进行了相应的研究改善。
　　工作内容主要为以下几点：1、首先研究了无机金属氧化物 HfOx材料作为介电层，并五苯材料作为有源层，金属Au作为源漏电极的结构器件。通过对器件的相关电学参数分析，表明无机金属氧化物HfOx材料作为介电层时，器件可以实现较低的阈值电压，然而器件的其他性能却存在着较多的瑕疵，如开关比较低，仅为182，迁移率也仅为0.002 cm2/Vs，同时迟滞现象较为严重；2、为进一步优化器件，继而研究了不同有机高分子聚合物材料作为介电层与有源层界面修饰层对器件的性能影响，主要包括聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)三类不同高分子材料。实验结果表明，当采用不同的有机材料作为修饰层时，器件所展现出来的性能也具有较大的差异。其中利用PVA修饰时，器件的改善效果为三者中最差，PMMA作为修饰层时，器件的性能最为理想，迁移率提升至0.054 cm2/Vs，开关比也有了一个数量级的提升，达到了3.31╳103，而PS作为修饰层时，器件的整体性能居中，但是却能有效的消除迟滞现象；3、最后，在选取了合适的有机高分子聚合物材料PS作为修饰层后，又对HfOx介电层厚度进行了优化，通过对介电层材料的前驱溶液的不同浓度的控制，制备并研究了不同厚度介电层的 OTFT器件。实验结果表明，随着介电层厚度的增加，其粗糙度也随之增大，器件的阈值电压也相应地升高，其中厚度为96 nm的介电层所对应的器件整体性能最佳，载流子迁移率为0.041 cm2/Vs，阈值电压低至-0.56 V，亚阈值斜率也仅为0.51 V/dec。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 有机薄膜晶体管的研究背景

1.2 有机薄膜晶体管的研究历程与前沿分析

1.3 氧化物薄膜晶体管的研究历程与前沿分析

1.4 有机薄膜晶体管存在的问题

1.5 本论文的研究意义及研究工作

第二章 有机薄膜晶体管基础

2.1 有机薄膜晶体管的结构

2.2 有机薄膜晶体管的工作机理和参数

2.3 有机薄膜晶体管的材料

2.4 成膜方法

2.5 OTFT的研究模型

2.6 本章小结

第三章 不同修饰层对有机薄膜晶体管性能的影响研究

3.1 基于HfOx材料作为介电层有机薄膜晶体管的研究

3.2 基于不同修饰层的有机薄膜晶体管的研究

3.3 本章小节

第四章 基于不同HfOx厚度的有机薄膜晶体管的制备与研究

4.1 基于不同HfOx厚度的有机薄膜晶体管的制备

4.2 基于不同HfOx厚度的有机薄膜晶体管的性能测试与分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果