含有双层绝缘层的有机薄膜晶体管

摘要

载流子的有效平衡注入和传输是实现有机激光器的主要难题。人们通过优化界面态、新材料的运用和加入传输层来减小有效势垒来提高载流子的注入。但是，我们必须不仅是增大载流子的注入效率还要设计出可行的器件结构。　　用场效应实现有效的欧姆接触，形成二维的电子空穴气来注入高的载流于密度以满足在有机单晶中产生激射的要求.这个FET的新结构，它能控制载流子平衡有效注入，是获得有机激光输出的关键之一。　　探索新的简单和低成本的OFET加工工艺和制备技术，对OFET从实验室走向工业应用起着关键性的作用.研究的热点是场效应迁移率、开关电流比和工作电压。　　本项目的主要目的是为有机/聚合物电泵浦激光的研究，在材料和FET器件两方面都做一些实质性的前期工作。本论文主要作了器件方面的改进工作.　　采用旋涂工艺，制备以可溶性有机材料作为有源层的FET器件，以此作为本项目研究的最初基础。测试器件的Id和Vd以及Vg的特性曲线，籍此来测量这些可溶性有机材料的场效应迁移率；在这一系列材料中，选取迁移率较高的材料，用来进一步优化器件结构，包括沟道长度、沟道的长/宽比、各功能层厚度等器件参数的选择。其中，提高栅极绝缘层的介电常数，以及优化绝缘层/聚合物有源层之间的界面质量是提高场致迁移率的关键。对于前者，我们采用射频磁控溅射工艺；对于后者，首次引入一种新的有机绝缘层材料来优化绝缘层的表面。　　本文探讨了高介电常数材料Ta2O5薄膜生长工艺对薄膜质量的影响。Ta2O5薄膜具有高介电常数，低漏电流密度，可以大大降低有机薄膜晶体管的阈值电压，非常有潜力应用在有机薄膜晶体管中。　　本文采用了有机绝缘层聚丙烯腈，PAN)，构造出了Ta2O5/PAN双层绝缘层结构的薄膜晶体管。改善了绝缘层和半导体层的界面特性，此双层绝缘层大大使器件的漏电流减小了两个数量级，使器件的迁移率增大了4倍。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1有机电注入激光器

1.2有机薄膜晶体管的发展现状

1.3高介电常数栅绝缘层

1.3.1钙钛矿相氧化物

1.3.2金属氧化物栅介质

1.4课题研究的内容和特点

第二章相关理论

2.1场效应晶体管的基本结构和机理

2.1.1金属-绝缘层-半导体场效应管(MISFET)

2.1.2金属半导体场效应管(MESFET)

2.1.3薄膜晶体管(TFT)

2.5本章小结

第三章OFET的制备技术

3.1有机场效应管的制备技术

3.1.1真空技术

3.1.2溶液处理成膜技术

3.1.3单晶技术

3.2射频磁控溅镀系统

3.2.1等离子体原理

3.2.2射频磁控溅射原理

3.3本章小结

第四章实验程序及测量

4.1器件制备流程和实验器材

4.2 MIM电容制作

4.2.1基片清洗

4.2.2 ITO光刻与基片清洗

4.2.3高介电常数无机绝缘层Ta2O5的制备

4.2.4高介电常数有机绝缘层PAN的制备

4.2.5金属电极的蒸镀

4.3 OTFT的制备

4.2.1有机薄膜晶体管的有源层的制备

4.2.2有机薄膜晶体管的源、漏极的制备

4.3绝缘层薄膜特性测量

4.3.1绝缘层薄膜表面原子力显微镜测量

4.3.2膜厚(film thickness)量测

4.3.2绝缘层电学特性测量-电容及漏电流测量

4.4 OFET电学特性测量

4.5本章小结

第五章实验结果与讨论

5.1 TA2O5溅镀参数对MIM元件电性之影响

5.2双层绝缘层的电容

5.2双层绝缘层对TA2O5有机薄膜晶体管的影响

5.2.1双层绝缘层对绝缘层表面形态的影响

5.2.2双层绝缘层对器件漏电流的影响

5.2.3不同厚度的PAN绝缘层对器件电学性能的影响

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致谢