改善并五苯有机薄膜晶体管性能因素的研究

摘要

有机薄膜晶体管中绝缘层的材料和其制备方式的选择,决定了绝缘层的质量及后续工艺,甚至最终的器件性能。对于晶体管器件的性能的提高途径除了材料、结构的选择外,还可引入修饰层,包括绝缘层/有源层界面修饰和有源层/源漏电极界面的修饰。全有机器件的制备离不开晶体管源漏电极的有机化,即利用高导电聚合物替代金属电极。
　　 首先,本文制备了以电子束蒸镀的300nm的SiO2为绝缘层的晶体管器件Ⅰ和以硅片热氧化得到的300nm厚SiO2为绝缘层的器件Ⅱ,器件Ⅰ、Ⅱ的其它工艺参数相同。当VDS=-40V时器件Ⅰ的迁移率为9.248×10-3cm2/Vs、开关电流比6×102、阈值电压-4.1V,当VDs=-33V时器件Ⅱ的场效应迁移率大小为1.843×102-cm2/Vs、开关电流比为2.5×103、阈值电压为-3V。通过对两个器件的并五苯的AFM表征,发现在热氧化得到的300nm厚SiO2为绝缘层上生长的并五苯的质量较好,晶粒排列规则,有序度好,尺寸较大,这将导致晶界少、界面的缺陷少,载流子被俘获几率小,更便于载流子的传输。
　　 其次,在其它参数一样的情况下分别采用厚度为0、0.5、1、1.5、2.5nm的LiF作为电极修饰层制备了器件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ,对比器件的性能,在源漏电压为-24V时,迁移率依次为1.84×10-2cm2/Vs、2.51×10-2cm2/Vs、3.43×10-2cm2/Vs、2.83×102-cm2/Vs、2.08×10-2cm2/Vs,可见LiF优化厚度为1nm,此厚度下空穴载流子可以很好地隧穿注入到有机半导体,又可以有效地阻止Al电极与并五苯的化学反应和因扩散、渗透等因素导致的有机半导体表面金属化、电荷偶极层产生等,抑制了空穴势垒在理论差值上的进一步扩大,提高了器件性能。
　　 最后,响应全有机器件的发展趋势,实验采用掺入6wt％甘油的PEDOT:PSS溶液制作导电薄膜300nm充当源漏电极,采用四探针法测量其面电阻为118.9Ω/□,换算出电导率为280S/cm。制备顶栅底接触器件,当源漏电压为-30V时,场效应迁移率为9.208×10-3cm2/VS,开关电流比为2.52×103,阈值电压为-8.9 V。接着分析了掺入6wt％甘油提高PEDOT:PSS溶液导电性的机理,并给出聚合物必将代替金属做电极的理由。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 绪论

1.1 引言

1.2 OTFT器件结构

1.2.1 顶栅极结构

1.2.2 底栅极结构

1.2.3 顶接触结构

1.2.4 底接触结构

1.2.5 双栅结构

1.2.6 垂直结构

1.3 有机薄膜晶体管材料

1.3.1 有机半导体材料

1.3.2 绝缘材料

1.3.3 界面修饰材料

1.3.4 电极材料

1.3.5 衬底材料

1.4 有机薄膜晶体管存在问题及发展目标

1.5 本论文的研究内容

2 OTFT相关电学理论

2.1 有机薄膜晶体管的工作机理

2.2 有机薄膜晶体管的性能表征

2.3 有机薄膜晶体管中载流子的注入

2.4 有机薄膜晶体管中载流子的传输

3 有机薄膜的形成机理及器件构筑工艺

3.1 有机薄膜生长进程

3.2 有机薄膜的生长模式

3.3 器件构筑工艺与制备

3.3.1 衬底的清洗和预处理

3.3.2 成膜工艺的介绍

3.3.3 实验中涉及的设备

4 以不同方式制备的SiO2为绝缘层的OTFT研究

4.1 实验部分

4.2 测试

4.3 结果分析

4.4 本章小结

5 氟化锂作修饰层的OTFT研究

5.1 实验部分

5.2 结果与分析

5.3 本章小结

6 G-PEDOT/PSS作源漏电极的OTFT研究

6.1 实验部分

6.2 实验结果与分析

6.3 本章小结

7 结论

参考文献

作者简历

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