酞菁铜衍生物有机场效应晶体管的研究

摘要

酞菁衍生物具有较好的热和化学稳定性，分子结构易调节，广泛应用予光导、印染、有机场效应晶体管、有机发光二极管等光电领域。金属酞菁在有机场效应晶体管中实现了较早的应用。相关研究人员对其薄膜形态与器件性能之间的关系也有很大程度的研究。而在制备器件的过程中，如何控制金属酞菁分子的生长条件实现有序生长获得较好电学性质的薄膜需要更进一步的研究。
　　论文以对-六联苯（p-6P）和对-四联苯(p-4P)作为诱导材料应用于酞菁铜衍生物场效应晶体管中。通过对比，器件性能获得了显著的提高。论文的主要研究内容如下:
　　(1)我们使用真空镀膜的方式，制备并研究了p-6P薄膜，通过观测不同厚度p-6P薄膜的形貌，得出p-6P分子在6nm时，可以形成致密的薄膜。通过引入p-6P作为诱导层诱导酞菁铜(CuPc)和全氟代酞菁铜(F16CuPc)的薄膜生长并制备相应的器件。器件结构为Si(N++)/SiO2/p-6P/CuPc(or F16CuPc)/Au。与对比器件Si(N++)/SiO2/CuPc(orF16CuPc)/Au相比，加入6 nm厚的p-6P诱导层后，器件的载流子迁移率实现了不同程度的提高。分析认为p-6P分子形成的薄膜起到了诱导酞菁铜化合物生长的作用，使金属酞菁分子在p-6P分子层上有序生长，减少了晶粒之间的界面缺陷，提高了电荷在有机半导体中传输能力，进而增加了器件的源漏电流。P-6P的引入可以减少硅片上的针孔缺陷引起的漏电流，提高器件开态电流，从而提高器件的开关电流比。
　　(2)我们制备了p-4P薄膜并通过原子力显微镜研究了对-四联苯在SiO2衬底上的生长方式，发现对-四联苯分子在SiO2村底上可以形成大面积的、高度有序的、光滑层状薄膜，对成膜条件要求比较低。我们使用p-4P薄膜来诱导盘状p型酞菁铜和n型全氟代酞菁铜材料的生长。经过p-4P诱导后，CuPc OFETs的场效应迁移率提高到0.070cm2/Vs，电流开关比达到104。另外，对比没有p-4P诱导的器件，F16CuPc有机场效应晶体管的场效应迁移率大约提高了一个数量级。为了探究酞菁铜和全氟代酞菁铜分子在p-4P/SiO2衬底和SiO2衬底上的生长方式，我们分别进行了X射线衍射和原子力显微镜测试。分析表明:盘状的酞菁铜和氟代酞菁铜分子在p-4P衬底上直立生长，π-π共轭的方向几乎平行于衬底，便于载流子的输运和载流子迁移率的提高。分析AFM的高度图我们观察到经过p-4P诱导后酞菁化合物晶粒尺寸变大，薄膜缺陷减少，载流子的传输能力提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机场效应晶体管概述

1．2．1 有机场效应晶体管的结构

1．2．2 有机场效应晶体管的工作原理

1．2．3 有机场效应晶体管的工作模式

1．2．4 有机场效应晶体管的参数

1．2．5 有机场效应晶体管的特性曲线

1．3 有机场效应晶体管发展历史和研究现状

1．3．1 有机场效应晶体管的发展历史

1．3．2 有机场效应晶体管的制备

1．3．3 有机场效应晶体管的研究现状

1．4 有机场效应晶体管存在的问题

1．5 本论文主要工作内容

第二章 对-六联苯对酞菁铜衍生物有机场效应晶体管性能的影晌

2．1 引言

2．2 实验与表征

2．2．1 实验主要原料与试剂

2．2．2 实验测试仪器

2．2．3 对-六联苯薄膜的制备和表征

2．2．4 基于酞菁铜衍生物有机场效应晶体管的制备

2．3 对-六联苯对酞菁铜有机场效应晶体管性能的影晌及分析

2．4 对-六联苯对全氟代酞菁铜有机场效应晶体管性能的影响和分析

2．5 小结

第三章 对-四联苯对酞菁铜衍生物有机场效应晶体管性能的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验原料与仪器

3．2．2 对-四联苯薄膜的制备

3．2．3 酞菁铜衍生物有机场效应晶体管的制备

3．3 对-四联苯薄膜的表征

3．3．1 AFM和SEM表征

3．3．2 XRD表征

3．3．3 电容-频率测试

3．4 对-四联苯对酞菁铜有机场效应晶体管性能的影响和分析

3．5 对-四联苯对全氟代酞菁铜有机场效应晶体管性能的影响和分析

3．6 小结

第四章 全文总结与展望

4．1 全文总结

4．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢