有源层摩擦取向对有机场效应晶体管性能的影响

摘要

自上世纪八十年代第一个有机场效应晶体管（Organic Field-Effect Transistor， OFET）问世以来，它便在化学、物理、材料以及微电子等领域受到广泛关注。与此同时，基于 OFET器件的多功能器件由于其潜在的巨大商业价值而逐渐成为研究的重点。本文以 OFET为传感器件，在对介电层厚度进行优化的基础上，重点研究了有源层摩擦取向对OFET器件电学特性和气敏特性的影响。研究内容如下：
　　1.基于PMMA/PS双介电层结构的OFET器件性能优化。采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）作为介电层，并五苯作为有机半导体层，分别研究了PMMA和PS不同厚度对OFET器件性能的影响。实验中设计了两组OFET器件，一组固定PMMA厚度为280 nm，PS厚度分别为140 nm、170 nm、220 nm和290 nm。另一组固定PS厚度为200 nm，PMMA厚度分别为140 nm、180 nm、220 nm和250 nm。测试结果表明，当PMMA厚度为280 nm，PS厚度为220 nm时，器件具有最佳性能，迁移率达到0.15 cm2/Vs，电流开关比为2.8?105。
　　2.有源层摩擦取向对基于PS单介电层的并五苯OFET器件气敏特性的影响。利用普通的尼龙刷对 OFET器件的有源层进行摩擦取向，摩擦方向包括垂直、斜向以及平行于源漏电极。首先研究了不同取向对器件电学特性的影响，结果表明，垂直于源漏电极摩擦的器件的迁移率达到0.17 cm2/Vs，开态电流达到0.45μA，分别比未经处理的器件提高了1倍。此外，进一步研究了不同取向对器件气敏特性的影响，结果表明，平行于源漏电极摩擦的器件具有最优的气敏性能，在2 ppm的NO2气氛下，响应度和响应时间分别达到1.3％和约70 s。
　　3.有源层摩擦取向对基于PMMA/PS双介电层的并五苯OFET器件气敏特性的影响。在制备了高性能的PMMA/PS双层介电层器件的基础上，使用尼龙刷对OFET器件的有源层进行摩擦取向，摩擦方向包括垂直、斜向以及平行于源漏电极。垂直于源漏电极摩擦的器件的迁移率达到0.46 cm2/Vs，开态电流达到60.4μA，这比未经处理的器件分别提高了2倍和1.5倍。此外，平行于源漏电极摩擦的器件具有最优的气敏性能，在2 ppm的NO2气氛下，响应度和响应时间分别达到1.1%和约50 s。与PS单介电层的器件相比，无论是否经过摩擦处理，PMMA/PS双介电层的器件都具有更优异的电学及气敏性能。最后，结合气敏机理和载流子传输理论，分析不同方向的摩擦取向对OFET器件气敏性能产生不同影响的原因。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 有机场效应晶体管的研究背景及意义

1.3 有机场效应晶体管的研究进展

1.4 有机场效应晶体管气体传感器

1.5 有机场效应晶体管存在的问题

1.6 本论文的主要研究内容

第二章 有机场效应晶体管的基础理论

2.1 有机场效应晶体管的基本结构

2.2 有机场效应晶体管材料的选择

2.3 有机场效应晶体管的工作原理

2.4 有机场效应晶体管的性能表征

2.5 有机场效应晶体管的载流子传输机理

2.6 本章小结

第三章 有机场效应晶体管的制备与测试

3.1 基片的选择与清洗

3.2 介电层薄膜的制备

3.3 有源层的制备

3.4 源漏电极的制备

3.5 器件电学特性的测试

3.6 器件气敏特性的测试

3.7 本章小结

第四章PMMA/PS双层介电层的厚度优化

4.1 研究背景

4.2 器件设计与制备

4.3 PMMA/PS双介电层厚度变化对器件性能的影响

4.4 本章小结

第五章 有源层摩擦取向对PS有机场效应晶体管性能的影响

5.1 研究背景

5.2 器件设计与制备

5.3 不同取向对器件电学特性的影响

5.4 不同取向对器件气敏特性的影响

5.5 本章小结

第六章 有源层摩擦取向对PMMA/PS有机场效应晶体管性能影响

6.1 器件设计与制备

6.2 不同取向对器件电学特性的影响

6.3 不同取向对器件气敏特性的影响

6.4 本章小结

第七章 全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果