大尺度高有序有机薄膜生长及其场效应晶体管研究

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有机半导体材料显示了许多优于无机材料的特性,已广泛应用于低成本、大面积柔性电子器件。有机场效应晶体管作为最具代表的有机半导体器件之一,经过几十年的研究已经在材料、器件加工和器件物理方面取得了令人瞩目的成就。为了进一步提高有机场效应晶体管性能和发展新的器件制备方法以满足实用化的需求,目前仍有许多工作要做。本论文的工作是利用低成本的溶液相方法研究大尺度高有序的有机半导体薄晶体的生长,来探索高性能有机场效应晶体管的制备方法。其主要内容如下:  第一章首先介绍了有机半导体材料的概况:结构特点、材料分类以及材料内部电荷传输。同时对有机场效应晶体管器件结构组成、工作原理、电性能参数以及有机场效应晶体管中电荷传输主要影响因素进行了详细的介绍。  第二章介绍了目前国内外在控制生长高质量有机半导体单晶薄膜及其应用于场效应晶体管方面的研究现状,着重强调有机薄膜的定域生长以及控制薄膜分子堆积有序度和薄膜取向,如强磁场诱导的薄膜结构取向的方法。  在第三章中,我们采用简单的两溶剂混合法并通过控制生长条件,生长出尺寸可达几毫米的半导体TIPS-PEN薄晶体。偏光显微镜、X射线衍射和选区电子衍射对晶体形貌和结构的分析结果表明这种大尺寸薄晶体为高质量的单晶。其场效应晶体管具有高达0.39 cm2V-1s-1的载流子迁移率。同时我们也利用反溶剂法探索了有机半导体薄晶体的生长和电荷传输特性。  第四章,我们利用强磁场对F8、PBTTT、F8T2和F8BT这四种聚合物半导体薄膜进行诱导结构取向。X射线衍射和原子力显微镜表征显示在磁场下、液晶相温度中退火的PBTTT薄膜结晶度提高,晶粒尺寸增大并且磁场下“退火处理”的薄膜其结晶效果明显好于淬火处理的PBTTT薄膜。我们还发现对基于磁致取向的薄膜场效应晶体管的空穴迁移率有进一步提高。
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