绝缘层修饰对并五苯有机薄膜晶体管电学性能改善机制的研究

摘要

本文的主要研究方向为利用修饰层提高和改善并五苯有机薄膜晶体管(Organic Thin-Film Transistors，OTFT)的电学特性，并且研究了性能改善的机理。
　　 首先，回顾了OTFT的发展历史及概况。总结了OTFT在实验室的研究成果和目前在实际生活中的运用情况，进而讨论了OTFT目前存在的问题以及研究发展方向。并在接下来的内容里介绍了OTFT的基本知识，包括常见的器件结构、OTFT的工作原理、材料选择和制备工艺等。
　　 其次，对提高有机薄膜晶体管的电学性能的研究。
　　 在本节中比较了不带修饰层和带有PhTMS界面修饰层的OTFT器件性能以及带有PhTMS界面修饰层下两种有源层厚度的OTFT器件。我们发现带有PhTMS界面修饰层并且有源层厚度为40nm时，器件性能最佳，其场效应迁移率为4×10-2cm2/Vs，开关电流比1.87×102，阈值电压为-10.3V。其次为带有PhTMS界面修饰层并且有源层厚度为30nm时的器件，其场效应迁移率为3.4×10-2cm2/Vs，开关电流比1.38×102，阈值电压为2.74V。不带修饰层时，其器件的场效应迁移率为5.66×10-3cm2/Vs，开关电流比0.52×102，阈值电压为3.94V。对器件结果分析后我们发现，首先，修饰后，被处理的绝缘层表面会形成一个有机缓冲层，对绝缘层和有源层薄膜之间有很好的兼容一致性，从而改善器件的性能。另外，经过PhTMS修饰后，并五苯晶粒尺寸变大使得单位面积晶粒密度减小，同时薄膜内部的晶界密度减小，减小了薄膜内部的陷阱态的作用，从而改善器件的性能。最后我们发现，在并五苯薄膜厚度为40nm时并五苯薄膜具有更大的晶粒尺寸，可以改善器件性能。
　　 最后，我们研究了有无修饰层下有机薄膜的生长机制。
　　 在本章中我们探测了在有无修饰层的界面上生长不同厚度的并五苯薄膜的AFM图。通过对比其AFM图发现衬底经过PhTMS修饰后，在生长初期薄膜以岛状生长为主，分子在生长过程中是以单一方向堆积的，而且分子沿长轴方向生长，即垂直于衬底表面生长。而不带修饰层时，在薄膜生长初期就显示出类似层状-岛状生长模式，既存在直立生长又存在倾斜生长。
　　 经过修饰层处理后，并五苯分子会更加容易垂直于衬底方向生长，薄膜中薄膜相的成分增加，而不带界面修饰层的器件，并五苯薄膜处于薄膜相和三斜体相混合状态。我们知道处于薄膜相时，分子之间的距离减少，使得分子间的共轭度更高，可以使载流子在薄膜中更有效的传输。这样可以有效地改善OTFT器件的性能。相对的未修饰时OTFT器件的性能也处于比较低的水平。另外，在经过PhTMS修饰后，沉积并五苯薄膜时可以生长更大的晶粒尺寸。晶粒尺寸越大单位面积晶粒密度越小，同时薄膜内部的晶界密度减小，减小了薄膜内部的陷阱态的作用。从而会大大增大电荷载流子的迁移率，改善器件性能。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 引言

1.1 有机薄膜晶体管的研究进展

1.2 有机薄膜晶体管的应用领域

1.3 有机薄膜晶体管存在的问题和发展趋势

1.4 本论文的主要研究内容

2 有机薄膜晶体管的基本知识

2.1 有机薄膜晶体管的结构特点和制备方法

2.1.1 基本结构

2.1.2 其他结构

2.1.3 制备方法

2.2 有机薄膜晶体管的工作机理

2.2.1 无机MOS管的工作机理

2.2.2 OTFT的工作机理

2.3 有机薄膜晶体管的材料体系

2.3.1 有机半导体材料

2.3.2 绝缘层材料

2.3.3 电极材料

2.3.4 衬底材料

2.4 本章小结

3 PhTMS修饰及并五苯薄膜厚度对OTFT器件性能的改善

3.1 PhTMS修饰对有机薄膜晶体管性能的改善

3.1.1 实验及测试内容

3.1.2 结果与分析

3.2 并五苯有源层厚度对有机薄膜晶体管性能的改善

3.2.1 实验及测试内容

3.2.2 结果与分析

4 有无PhTMS修饰下有机薄膜的生长机制

4.1 有机薄膜生长过程概述

4.2 实验及测试内容

4.3 结果分析

5 结论

参考文献

作者简历

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