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有机薄膜晶体管(OTFT)是通向柔性器件及可弯曲集成电路的重要途径,也是实现便携、大面积、低成本电子产品的基础。近年来,随着有机材料的发展及成膜工艺的进步,传统OTFT的缺点正在被逐渐改善。高迁移率高稳定性的有机半导体材料相继问世,提高器件性能并开发出适宜集成的工艺成为人们的研究热点。围绕着OTFT的基本模型分析,工艺开发以及器件性能提升,本论文在以下方面做了创新性研究: 1)、研究了对称与非对称式双栅有机薄膜场效应晶体管一维电势及电流电压模型。 首先通过泊松方程得到了DG-OTFT的一维电势模型,而后结合边界条件并对针对有机OTFT大电压操作情况进行了一定的简化,得到了半导体层载流子浓度以及电势分布,并进行了误差分析;然后通过OTFT源漏电流的表面势方程得到了一维近似情况下DG-OTFT的电流电压表达式,并通过与实验数据的对比,分析了双栅有机TFT里“肩式”电流产生的原因,拟合曲线与实验数据高度吻合。 2)、研究了新型的图形化有机薄膜晶体管聚合物电极的方式。 结合微电子工艺,探讨了原位聚合的导电聚合物——聚吡咯PPy与聚乙撑二氧噻吩PEDOT——的图形化方式,并对制备的薄膜进行了形貌比较以及电学测试。结果显示,图形化的PEDOT薄膜有着较好的表面平整度,但是其薄膜厚度较难控制,在作OTFT源漏电极时表现不够好;而原位聚合的PPy图形化薄膜虽然表面粗糙度较高,并且成膜率较差,但是其导电特性稍好一些,在底接触结构的OTFT里也有着更好的性能表现。 3)、结合自顶而下的微电子光刻技术以及自底向上的纳米材料合成方法,图形化原位聚合的PPy导电薄膜并以之作为底接触的源漏电极构建了OTFT及反相器。 图形化的PPy电极最小线宽达1μm,已接近光学光刻的极限分辨率。以氧化硅上修饰OTS作为介质层,以此电极构筑的并五苯以及PDI-8CN2单器件有着良好的性能,并五苯器件的迁移率最高可达0.7 cm2/(V·s),PDI-8CN2器件迁移率最高可达0.4cm2/(V·s)。通过对对应的顶接触及底接触Au电极OTFT的比较,发现在一致的工艺流程中,PPy底接触器件性能可以匹敌顶接触器件,并且远远超过金/硫醇底电极器件。鉴于此,调查了两种底电极器件的接触电阻并加以比较。之后,我们对这三种类型的器件做了贮存时间的对比,在放置于空气中100天后,发现在并五苯器件中,PPy电极器件性能衰减较小;而对于空气稳定的PDI-8CN2而言,三种器件性能均无明显衰减。最后,制备了基于PPy底电极的高增益互补有机反相器,其空气稳定性良好,在20V的电源电压下有16.1的输出增益。 4)、研究了如何在一般衬底上原位聚合图形化电极的方式。 通过开发不同工艺模式探究了在非氧化硅衬底上原位聚合PPy的可能性并进行了比较,最终在多种备选材料中选择Ti/TiO2复合结构,通过在衬底表面沉积极薄的Ti并经过等离子体氧化后再修饰自组装层,进而成功开发出一种可在不同衬底上图形化原位聚合的PPy的工艺流程。通过对插入Ti/TiO2粘附层与不插入缓冲层构筑的PPy源漏电极OTFT性能的比较,发现这层极薄的粘附层丝毫没有对器件性能造成影响。