论文部分内容阅读
有机薄膜晶体管的绝缘层和有机半导体薄膜之间的界面特性对于器件的性能有非常重要的影响，有时甚至起着决定性作用。所以深入研究界面特性和有机薄膜的形态对于提高有机薄膜晶体管的性能有非常重要的意义。本文主要从三个方面进行了研究：首先，先在四个硅片上（硅片是重掺杂的，直接作为栅极）使用ALD工艺生长Al2O3材料作为绝缘层，然后对Al2O3做不同温度的退火处理，分别为不退火（即室温退火）、80oC退火、120oC退火和160oC退火，然后真空蒸发沉积并五苯薄膜，制成底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管。测试结果表明：经过160oC退火处理的有机薄膜晶体管性能最好，其迁移率达到0.16cm2/V·s，阈值电压为-1.6V，相比较与没有退火的器件的迁移率仅有0.06cm2/V·s，阈值电压为-3.2V，可以看出退火对于器件性能的改善非常明显。通过分析这四个器件的有机半导体电容的C-V特性和AFM表征，发现退火改善了绝缘层的质量，进而形成了更好的并五苯薄膜形态，获得了较大的晶粒和较少的晶界，另外还减少了界面陷阱密度，这些都有助于提高载流子的迁移率。其次，制备了不同有机半导体薄膜厚度的有机薄膜晶体管，有源层厚度分别为：20nm、40nm、60nm和80nm。实验结果表明：40nm的器件的性能最好，有机薄膜晶体管存在一个最优厚度，大约在35~50nm之间。原因主要有两个方面，一是并五苯薄膜的生长过程使得达到一定厚度后，增加有源层厚度对薄膜形态的改善没有帮助；二是由于载流子的输运主要发生在绝缘层和有机半导体层界面处很薄的有源层，超过一定厚度后再增加有源层厚度只会使得接触电阻增加，反而降低了器件的性能。最后，随着有机半导体的理论越来越成熟，从数值仿真方面研究有机薄膜晶体管可能会成为一种常用的方法，所以本文最后尝试了从数值仿真方面研究并五苯基有机薄膜晶体管。因为很多器件仿真软件最初都是为无机半导体器件而设计的，所以需要自行定义、添加影响器件的因素。本文考虑了并五苯基OTFT中存在的接触势垒、迁移率依赖于电场和陷阱态密度后，最终获得了与实验数据能够较好拟合的仿真结果。