适用于有机半导体薄膜器件制备的原位实时测量技术研究

摘要

近年来，有机半导体的研究和应用得到了飞速的发展，形成了跨物理学、化学、电子学和材料学等多学科的研究领域，在光电子、微电子、太阳电池、通信等各方面引起了广泛地关注。据研究表明，有机薄膜的结构、厚度及膜层之间相互作用等是影响器件性能的重要因素。因此，本文基于有机场效应管法和差分反射光谱理论提出了在线光电测试的基本方法，搭建了原位实时光电测试系统，实现有机薄膜在生长过程中的原位实时监测，进而研究有机薄膜的光谱信息、电学特性与薄膜结构之间的互相对应关系。既有助于对导电层形成过程的理解，也有助于原位监测有机器件的制备过程。本文的主要工作内容如下:
　　1、针对原位实时监测有机半导体薄膜生长情况的需求，提出了差分反射光谱法与场效应晶体管法结合的在线光电测量方法，设计搭建了原位实时光电测试系统。设计了LabView软件控制程序，实现了在薄膜生长过程中对其光电信号的原位实时测量、采集和存储。
　　2、以底栅底接触式为基础，设计新的梳齿状样品结构及电学夹持装置。以五苯分子为有源层材料，采用分子束外延方法真空蒸镀有机薄膜场效应管。
　　3、优化在线电学测试系统，并对系统进行性能测试，测量偏差的相对百分比在±0.3％之内，满足实验要求。验证了真空环境下在线电学测试的可行性，实现了有机薄膜场效应管的在线电学测试，并分别测量不同沟道长宽比和不同厚度半导体层的有机场效应管的电学特性，对比分析器件的性能差异。
　　4、分析了薄膜在生长全过程中的DRS谱图，可发现并五苯以薄膜态的结构进行生长，所得实验数据与四相结构模型的仿真结果很好的吻合，说明光谱的变化主要是因为薄膜增厚引起干涉条件改变导致的。对生长过程中不同时刻的薄膜形貌进行了AFM扫描，并将AFM图与相应时刻的光电信号进行对比分析，推测出有机半导体薄膜的光谱信息、电学特性和薄膜结构之间的相互对应关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 有机半导体材料

1．2 有机场效应管及其发展状况

1．2．1 有机场效应管

1．2．2 有机场效应管的发展现状

1．3 影响有机场效应管性能的关键因素

1．3．1 注入势垒

1．3．2 导电沟道

1．3．3 分子结构与堆积方式

1．3．4 缺陷和杂质

1．4 有机半导体薄膜表面的常用测试方法

1．5 课题的研究背景及论文的主要工作

第二章 光电测试的基本原理

2．1 有机场效应管的工作原理

2．2 有机场效应管的主要性能参数

2．2．1 迁移率

2．2．2 阈值电压

2．2．3 电流开关比

2．3 光电测试的基本方法

2．3．1 光电测试方法的种类

2．3．2 电学测试方法

2．3．3 光学测试方法

2．4 有机场效应管的设计与制备

2．4．1 有机场效应管的结构设计

2．4．2 有机场效应管的预处理与制备过程

第三章 原位实时光电测试系统

3．1 系统总体设计

3．2 在线电学测试系统

3．3 在线光学测试系统

第四章 实验分析

4．1 电学测试系统的性能测试

4．2 有机薄膜场效应管光电特性的原位实时测试

4．3 有机薄膜场效应管的在线电学测试

4．3．1 有机场效应管的输出特性和转移特性

4．3．2 不同沟道长宽比有机场效应管的电学特性

4．3．3 不同厚度有机半导体层有机场效应管的电学特性

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢