基于并五苯的光敏场效应晶体管的研究

摘要

传统结构有机光敏场效应晶体管（PhotOFETs）具有工艺复杂和输出电流较低等缺点。为了提高器件性能，可以采用垂直结构以缩短沟道长度。本论文选用具有较高载流子迁移率的并五苯制备并研究了垂直构型光敏场效应晶体管（垂直PhotOFETs）的光敏特性。通过研究有机和无机介电材料以及修饰中间Al源极对PhotOFETs性能的影响，得到了以下几方面的结论： 首先，我们制备了并五苯薄膜并表征了其光敏特性。实验结果表明：并五苯薄膜具有较好的结晶度，成膜性良好。其厚度越大，对光的吸收也越强，明暗电流比也越大。 其次，我们制备了基于并五苯的垂直PhotOFETs，研究了不同介电材料对器件性能的影响： （1）以无机LiF作为介电层制作了垂直PhotOFETs，发现其光敏特性不够明显，其原因是Al源极与并五苯之间较高的势垒不利于界面处聚积的空穴隧穿。采用V2O5超薄层修饰了中间金属Al电极，发现加入V2O5超薄层后的器件明暗电流比则从2提高到35，光响应度为0．07 A/W。通过AFM表征Al电极表面形貌，发现经过V2O5修饰的Al电极表面粗糙度明显降低，改善了并五苯与金属Al源极间的界面接触。V2O5起到过渡势垒的作用，有助于载流子注入从而提高了器件性能。 （2）以有机PVA作为介电层制作用PhotOFETs，其中220 nm厚的PVA为介电层制备的垂直PhotOFETs具有较好的性能，明暗电流比为3×102，光响应度达0．1A/W。此外，我们制备并表征了PVA薄膜，其表面平均粗糙度仅为0．34 nm，表明PVA具有良好的成膜性。 （3）选用高介电常数的CYEPL为介电层制备的垂直PhotOFET器件表现出n型增强型特性，明暗电流比为16，光响应度为0．6 mA/W，其性能不如以PVA为介电层的器件。我们认为这是高介电常数的CYEPL由于偶极子高度混乱而产生定域态，导致能级失配，而且界面处容易产生随机的偶极场，使载流子定域化不断加强，从而导致器件性能不够理想。

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文摘

英文文摘

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致谢

1 引言

1.1 研究背景

1.2 光敏场效应晶体管的发展概况和应用前景

1.2.1 光敏场效应晶体管的发展概况

1.2.2 光敏场效应晶体管的应用前景

1.3 光敏场效应晶体管中存在的问题和发展趋势

1.4 本文主要的工作

2 有机光敏场效应晶体管的工作机理、制作及表征

2.1 有机光敏场效应晶体管的结构和工作原理

2.1.1 传统构型PhotOFETs及其工作原理

2.1.2 垂直构型PhotOFETs及其工作原理

2.2 有机光敏场效应晶体管的材料

2.2.1 有机光敏半导体层

2.2.2 栅绝缘层

2.2.3 电极

2.3 有机光敏场效应晶体管的制备技术及性能测试

2.3.1 器件的制备

2.3.2 器件性能的测试

3 LiF介电层的垂直PhotOFETs的研究

3.1 并五苯薄膜的制备与光敏特性测试

3.1.1 并五苯薄膜的制备与表征

3.1.2 并五苯薄膜的光敏特性测试

3.2 LiF为介电层的垂直PhotOFETs

3.2.1 LiF介电层的研究

3.2.2 LiF为介电层的PhotOFETs器件的性能

3.2.3 V2O5修饰源极对器件性能的影响

3.3 小结

4 有机介电层的垂直PhotOFETs的研究

4.1 PVA为绝缘层器件的性能研究

4.1.1 PVA薄膜的制备

4.1.2 PVA为绝缘层的器件的性能研究

4.1.3 PVA/PMMA双绝缘层的垂直PhotOFETs

4.2 用CYEPL为绝缘层制作垂直PhotOFETs

4.3 小结

5 结论

参考文献

作者简历