萘酰亚胺衍生物材料的合成及其在有机薄膜晶体管(OTFTs)中的应用研究

摘要

有机薄膜晶体管(OTFTs)于1986年得到了首次报道，其在柔性电子产品领域表现出巨大的应用潜力，是传统无机薄膜晶体管的重要补充。与无机薄膜晶体管相比，OTFTs具有一些显著的优势，比如可穿戴式便携使用的柔性潜力、制造简单、有机半导体材料种类丰富等。有机半导体材料是决定OFETs性能高低的主导因素，本实验合成并分离得到了三种萘酰亚胺衍生物(NDIs)，以它们为n型有机半导体材料应用于OTFTs。本论文的具体内容如下：　　①介绍了OTFTs典型的几大应用领域：传感器、存储器、光电探测器和柔性显示。　　②引出了电子、空穴、费米能级和功函数这几个半导体领域的基本概念；简要描述了OTFTs器件制备的几大常用工艺技术；深入介绍了OTFTs的器件结构、工作原理、工作模式以及器件关键性能参数，并探讨了几种显著影响器件性能的因素。　　③通过一步反应并纯化得到了三种萘酰亚胺衍生物。热重分析表明了它们具有良好的热稳定性、CV循环伏安测试证实了它们的LUMO能级均小于-4.0eV，分别以它们为有机半导体材料使用真空蒸镀法制备了一批OTFTs器件，对器件进行了半导体特性测试，得到的最高电子迁移率为2.2×10-1cm2V?1s?1。在器件制备过程中，简单对比了金和银分别作为源漏电极时器件的性能差异，结果发现基于金源漏电极的器件性能更佳；重点研究了十八烷基磷酸(ODPA)修饰SiO2绝缘层表面的作用，发现ODPA可以显著改善有机半导体薄膜的成膜质量，有效提升器件性能；尝试了多种蒸镀厚度不同的4,4',4"-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺(m-MTDATA)缓冲层材料，深入分析了其减小电子注入势垒，促进电荷传输的原理。通过XRD测试和AFM测试，探究了有机半导体薄膜微观结构与器件性能之间的关系，得到了有机半导体结晶度越高，成膜质量越好，则器件性能越好的结论。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 有机薄膜晶体管OTFTs的应用领域

2 有机薄膜晶体管OTFTs 的基本介绍

2.1 基本的有机半导体领域相关概念

2.1.1 电子与空穴

2.1.2 LUMO 能级与HOMO 能级

2.1.3 费米能级与金属的功函数

2.2 OTFTs 器件的结构和工作原理及工作模式

2.2.1 OTFTs 器件的结构

2.2.2 OTFTs 器件的工作原理

2.2.3 OTFTs 器件的工作模式

2.3 OTFTs 器件的制备工艺技术

2.3.1 真空蒸镀法

2.3.2 旋涂法

2.3.3 滴注法

2.3.4 喷墨打印法

2.4 OTFTs 器件的关键性能参数

2.4.1 载流子迁移率

2.4.2 阈值电压

2.4.3 开关电流比

2.5 决定有机薄膜晶体管性能高低的因素

2.5.1 注入势垒

2.5.2 有机半导体分子结构及其堆积方式

2.5.3 杂质

2.5.4 绝缘层

2.5.5 晶体管制备工艺

2.6 国内外常见有机半导体材料总结

2.6.1 p 型有机半导体材料

2.6.2 n 型有机半导体材料

2.6.3 双极性有机半导体材料

3 基于萘酰亚胺衍生物的器件的性能研究

3.1 研究背景

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与实验仪器

3.2.2 萘酰亚胺衍生物的合成

3.2.3 有机半导体材料的表征

3.2.4 硅片的处理

3.2.5 无水四氢呋喃的制备

3.2.6 OTFTs 器件的制备

3.2.7 OTFTs 器件的表征

3.3 本章总结

4 工作总结与展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 学位论文数据集

致谢