有机半导体单晶生长及其器件研究

来源 :中国科学院福建物质结构研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:keliok
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本论文主要研究并五苯(Pentacene,Pn)和6,13-双(三异丙基硅烷基乙炔基)并五苯(Tips-Pentacene,TIPS-Pn)薄单晶的生长和单晶厚度对器件性能的影响。近几年,单晶场效应晶体管(SCFET)因其在研究有机半导体中载流子输运机理上的优势,已经成为一个重要的课题。相比较于薄膜相,单晶相拥有不可比拟的优势,比如纯度高、分子排列长程有序、没有晶界、结构缺陷少等。这些优势使获得高器件性能单晶场效应晶体管成为可能。  对于有机场效应晶体管(OFETs),完整的半导体/介电层界面是获得高性能器件的关键。同时,薄单晶可以降低OFETs的注入电阻。因此,直接在介电层上生长大尺寸薄单晶是获得高性能器件的基础。  通过物理传输方法(PVT)可以在不破坏半导体/介电层界面前提下,在介电层上获得纳米籽晶辅助生长的超薄二维并五苯单晶。籽晶由于可以吸附载气中的并五苯分子而促进单晶的生长。本文通过优化实验条件,对晶体密度、尺寸、厚度进行了系统的研究。调节籽晶密度和载气流量可以获得大尺寸且薄的并五苯单晶。所获得并五苯单晶厚度为50nm左右,尺寸约为几十微米。单晶通过原子力显微镜(AFM)检测,显示单晶表面平整,通过透射电镜(TEM)选区电子衍射(SAED)验证了单晶性质。到目前为止,我们生长的并五苯单晶是通过PVT方法在SiO2衬底上得到的最薄的。用此单晶在衬底上原位制备的底栅项电极结构的器件可以获得5.6 cm2/Vs的高迁移率。显示出此方法在获得高性能有机半导体中有光明的前景。  同时我们还利用自组装效应通过溶液法生长一维带状TIPS-Pn单晶。虽然已经有很多研究组获得了一维带状单晶,但是生长大尺寸薄的一维单晶依旧是挑战。文中,我们利用低沸点溶剂通过滴注法制备一维高质量薄单晶。当溶液滴在衬底上以后,由于自组装效应而获得微米级大籽晶,籽晶在数分钟内继续长大,可以获得500μm尺寸的单晶。我们全面的研究了该方法中的关键因素,例如溶剂预处理和衬底温度对自组装和单晶厚度的影响等。而且,我们还提出了不同衬底温度下的晶体生长机理。SAED和XRD分析证明其单晶特性。我们获得了最高迁移率为1.53 cm2/Vs的带状单晶器件,是在溶液法制备的SCFET中性能表现较高的器件。  本文提供了生长超薄大尺寸有机单晶(Pn二维晶体、TIPS-Pn一维晶体)和制备高性能光电器件的方法。而且我们的研究为实现单晶的尺寸和厚度调控提供了可行性,也可能有有助于其他有机小分子单晶生长。
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