基于并五苯的有机光敏场效应晶体管的性能研究

摘要

自从2001年,第一个有机光敏场效应晶体管( photoresponsive organic field-effect transistor,PhotOFET)被Narayan等人报道以来,PhotOFET因为材料来源广泛、制备工艺简单、与柔性衬底相兼容、具有较高的增益和信噪比,受到了广泛的关注。PhotOFET在光探测器领域具有广阔的应用前景。本论文对基于pentacene的底栅顶接触的PhotOFET做了一系列研究。具体的研究内容包括:
　　(1)针对传统P型PhotOFET的源漏电极材料一般是采用高功函数的金属,虽然光响应度R较高,但是明暗电流比P却不高,提出采用低功函数的金属作为源漏电极,增大载流子的注入势垒,减小暗态下的沟道电流,从而增大明暗电流比。实验中对比了以Au(5.1 eV)、Cu(4.65 eV)、Ag(4.26 eV)、Mg:Ag(10:1)(3.7 eV)作为源漏电极的PhotOFET在100mW/cm2的模拟太阳光下的性能差别。结果表明由于Ag和Mg:Ag的功函数与并五苯的HOMO能级不匹配,导致黑暗下的沟道电流极小,从而基于 Ag和 Mg: Ag的 PhotOFET器件的最高明暗电流比分别为619和2.89×103,远大于基于Au和Cu电极的PhotOFET。为了进一步验证该理论,通过在Ag与并五苯、Mg:Ag与并五苯间加入载流子注入层MoO3,结果表明加入载流子注入层后,改善了源极的空穴注入,最大明暗电流比分别下降为153和260。
　　(2)研究不同绝缘层对于 PhotOFET器件性能的影响。实验中采用 PVA为底层绝缘层,PMMA和PS为修饰层。对比基于 PVA(500 nm)的器件 A、PVA(500 nm)/PMMA(50 nm)的器件B、PVA(500 nm)/PS(50 nm)的器件C在100mW/cm2的模拟太阳光源下的性能差别。结果表明添加了修饰层后的器件B和C的性能优于未添加修饰层的器件。原因是:①PVA的介电常数高于PMMA和PS,介电常数高的PVA具有较强的极性作用,可能对界面载流子的传输起到很大的束缚作用。②器件B和C中并五苯薄膜的晶粒尺寸大于器件A,有利于载流子传输。
　　(3)针对PhotOFET器件在空气中稳定性差和寿命短的缺点,提出采用石蜡来封装器件。首先进行封装方式的探索,选择出可行的封装方法。然后将封装与未封装器件暴露在空气中,分别测试0 h、100 h及500 h后器件的性能,结果表明未封装器件的开关电流比和迁移率在500 h后分别减小了93％和40％,而经过石蜡封装的器件的开关电流比和迁移率在500 h后分别减小了32％和11％,得出石蜡封装可以有效提高器件稳定性,延长器件寿命。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 有机场效应晶体管的发展

1.3 有机光敏场效应晶体管的研究进展

1.4 有机光敏场效应晶体管存在的问题及发展趋势

1.5 本论文主要工作

第二章 有机光敏场效应晶体管的基础理论

2.1 有机场效应晶体管结构和工作原理

2.2 有机光敏场效应晶体管的结构及工作原理

2.3 有机光敏场效应晶体管的主要性能参数

2.4 有机光敏场效应晶体管的材料

2.5 成膜方法

2.6 本章小结

第三章 不同电极材料对有机光敏场效应晶体管的性能影响

3.1 实验设计

3.2 器件的制备及测试

3.3 实验结果及分析讨论

3.4 本章小结

第四章 绝缘层对有机光敏场效应晶体管的性能影响

4.1 实验设计

4.2 器件的制备及测试

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 有机光敏场效应晶体管的封装研究

5.1 实验设计

5.2 器件制备

5.3 封装方式的探索

5.4 石蜡封装效果研究

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士在学期间的研究成果