基于聚酰亚胺的柔性有机薄膜晶体管的制备及其性能研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hyc20008
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柔性有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistors,OTFTs)通常制备温度低,工艺简单,在柔性显示、传感器、电子标签等领域受到广泛关注。传统的OTFTs器件电极常采用磁控溅射法、热蒸镀法等工艺制备,存在电极与衬底之间黏附性差、成本高等问题。开发高性能、低成本、易集成的柔性电极及其相关器件制备技术具有重要的学术价值和实用价值。本文以聚酰亚胺(Polyimide,PI)薄膜为衬底,采用低温化学溶液法在PI薄膜上原位生长金属,结合激光打印机的选择性喷墨技术,制备图形化的金属电极。制备了柔性P型和N型OTFTs器件并测试电学性能,展示了基于OTFTs反相器应用。表明低温溶液法制备的金属与热蒸镀相当,所研发的工艺满足低温、低成本和批量化的要求。论文主要研究内容如下:第一,采用PI薄膜表面改性、离子交换和还原技术的化学溶液法,实现原位生长金属银薄膜。以氢氧化钾浸泡时间,硝酸银浓度,硝酸银浸泡时间,硼氢化钠浓度和硼氢化钠浸泡时间作为自变量,银薄膜的方块电阻为因变量,使用正交分析法优化工艺条件。结合传统的光刻法和喷墨打印法两种工艺实现金属图形化,并对两种方案进行对比研究。第二,采用化学溶液法和热蒸镀法两种工艺制备器件源漏电极,结合半导体材料吲丹烯基二噻吩-苯并噻二唑(IDT-BT)制备P型柔性OTFTs器件并进行器件测试。研究发现,两种器件的迁移率相差不大,基于化学溶液法得到的器件阈值电压及亚阈值摆幅偏小,基于热蒸镀技术制备的器件开关比略高。其中,喷墨打印法制备的器件,在弯曲1000次以上时能保持更好的电学性能,显示弯曲性能较好。第三,进一步比较化学溶液法和热蒸镀法制备的电极在柔性OTFTs器件中的应用。将两种电极结合半导体材料聚[N,N’-双(2-辛基十二烷基)-1,4,5,8-萘二酰亚胺-2,6-双基-并-5,5’-(2,2’-双噻吩)](N2200)制备N型柔性OTFTs器件。这两种器件的迁移率和亚阈值摆幅相近,基于化学溶液法得到的器件阈值电压较小,基于热蒸镀技术的柔性OTFTs器件开关比略大。将N型OTFTs器件和上拉电阻集成在一起,实现了反相器的功能,未来有望应用于其他柔性集成电路中。总的来说,从化学溶液中获得的金属电极显示出取代真空PVD方法获得的电极的潜力。因此本文探讨的PI薄膜上化学镀银作为源漏电极的有机场效应晶体管阵列的方法,对柔性电子器件的低成本、大规模生产具有重要意义。
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