化学修饰与物理共混协同作用制备高响应聚合物光电晶体管

摘要

有机光电晶体管(OPTs)相比于二极管而言有更高的灵敏度和更低的噪声，在柔性显示、可穿戴电子等领域存在潜在的应用。目前，一些课题组利用陷阱效应实现高传感性能是一种较为新颖的光电晶体管，但是如何有效地控制陷阱效应是一个难点。本论文以二噻吩(BT)为给体单元，不同比例的异靛蓝(IID)和苯并二呋喃二酮(BIBDF)为受体单元的系列三组分无规共聚物(BTPIDBIBDFs)作为光电晶体管的有源层，利用化学掺杂与物理共混协同作用能够有效地调控能级陷阱的深度，开辟了一个新的思路实现高响应的聚合物OPTs。并讨论其在低伏、柔性器件中的应用。具体内容如下:
　　(1)通过以绝缘材料聚己二酸(1，4)丁二醇酯(PBA)与聚合物BTPIDBIBDF-5共混制备了半导体纳米线网络，并以此为有源层制备了高灵敏度的聚合物BTPIDBIBDF-5纳米线网络光电晶体管(NW-OPTs)。BTPIDBIBDF-5NW-OPTs的光/暗电流比(P)为4.8×106、响应度(R)为5.3AW-1。相比于结构相同的薄膜光电晶体管，在P值上高了六个数量级，在R值上高了一个数量级。这种增强的光响应主要归因于半导体/绝缘层界面处更好的陷阱效应。然而，对于陷阱产生的原因仍需进一步探究。
　　(2)为了更好的探究陷阱产生的原因，研究了聚合物BTPIDBIBDFs中两种不同比例的受体单元对器件性能的影响，并获得增强的器件光响应。为进一步提高器件的光响应，将聚合物BTPIDBIBDFs与不同质量分数的PBA进行共混作为器件的传感层，并研究器件的光响应变化规律。随着PBA的加入，聚合物BTPIDBIBDFs OPTs光响应先升高后降低。在1％PBA与聚合物BTPIDBIBDF-5共混作为器件的有源层时，得到最优化的结果:P、R和Ratio分别为3.2×106、77AW-1和2500。这种增强的光响应是由于PBA与半导体聚合物发生化学掺杂和物理共混的协同作用，使得半导体内产生能级陷阱，实现了较高的光响应和较大的阈值电压偏移。
　　(3)以PET为柔性衬底、利用聚合物BTPIDBIBDF-5与1％PBA共混的薄膜做为器件的有源层，制备了底栅-顶接触的低伏、柔性器件(VGS＜10V和VDS＜10V)。并研究器件的光响应，P和R值分别达到5.7×104和180mAW-1。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 有机薄膜晶体管

1．2．1 有机薄膜晶体管的工作原理

1．2．2 有机薄膜晶体管的特征曲线与性能参数

1．3 有机光电晶体管

1．3．1 有机光电晶体管简介

1．3．2 有机光电晶体管的器件结构与工作原理

1．3．3 有机光电晶体管的基本性能参数

1．3．4 增强聚合物光电晶体管光响应的方法

1．3．5 聚合物光电晶体管存在的问题与挑战

1．4 本文研究内容

第二章 增强型给-受体共轭聚合物纳米线有机光电晶体管

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 实验仪器与原料

2．2．2 器件制备

2．2．3 器件的形貌和性能的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 聚合物BTPIDBIBDF-5 OPTs基本性能与形貌的表征

2．3．2 聚合物BTPIDBIBDF-5有机光电晶体管的表征

2．3．3 增强型光响应的机理

2．3．4 聚合物BTPIDBIBDF-5 NW-OPTs的开关特性

2．4 本章小结

第三章 化学改性与物理改性协同作用的高响应光电晶体管

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 实验用药品及仪器

3．2．2 器件的制备

3．2．3 器件性能的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 纯聚合物半导体器件的基本性能

3．3．2 纯的聚合物半导体OPTs的表征

3．3．3 半导体聚合物共混膜OPTs的表征

3．3．4 增强型光响应的机理

3．3．5 有机光电晶体管的开关特性

3．4 低伏、柔性OPTs的表征

3．5 本章小结

第四章 总结

参考文献

附录

攻读硕士期间的学术活动及成果情况