晶体管是电子元器件中不可或缺的基本组成部分,在电路中起到开关、放大作用。其中,基于有机半导体的有机场效应晶体管（organic field-effect transistor,OFET）,具有低成本、柔性、溶液法制备、生物兼容性等突出优势,近年来引起了广泛关注。目前,OFET被认为在简单电路中可以取代无机晶体管,如有源矩阵有机发光二极管（active matrix/organic light emitting diode,AMOLED）电路、无源射频识别标签等,可实现柔性、透明的可穿戴设备;同时,基于其优秀的生物兼容性,OFET在电子皮肤、活体检测和医疗监控等方面具有先天优势,在生物工程、健康医疗领域具有巨大的应用潜力。最近十年来,随着人们对材料合成、分子聚集态结构、器件构型的认识不断加深,OFET的器件性能得到了极大提升,迁移率已经突破100 cm² V^-1 s^-1,已经可以满足逻辑电路和驱动电路的要求。但是,在OFET的实际应用进程中,仍然存在几个亟需解决的关键问题——器件性能的一致性、稳定性以及制备工艺的可重复性,而这恰恰是OFET量产化的必要条件。鉴于此,本博士学位论文以工程应用为向导,探讨了OFET的器件构筑与其性能的内在联系,获得了器件构筑的优化方案,提高了OFET器件性能的一致性、稳定性以及制备工艺的可重复性,主要内容分为以下5个方面:1.研究有限溶剂蒸气辅助结晶法（limited solvent vapor-assisted crystallization method,LSVC）生长单晶微/纳米带阵列的工艺参数及其机理采用LSVC生长2,7-Dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene（C₈-BTBT）单晶微/纳米带阵列,并研究其晶体生长机理。C₈-BTBT的甲苯溶液在基底上快速蒸发时,有限溶剂蒸气有利于维持液滴收缩的平稳性,同时可对液滴接触线附近的C₈-BTBT结晶起到溶剂退火作用,从而获得形状规整且晶向统一的单晶微/纳米带阵列。LSVC的工艺参数包括溶剂选择、溶剂蒸气压、溶液浓度、生长温度和基底表面能5个方面,进行条件优化实验后,获得了快速制备晶向统一的高质量单晶的优化条件。最后,采用benzocyclobutene（BCB）上的C₈-BTBT单晶微/纳米带阵列制备了导电沟道与晶体电荷传输效率最大方向一致的OFETs,其迁移率分布窄,80%的器件迁移率分布于3⁶ cm² V^-1 s^-1范围内,体现了良好的器件性能一致性,证明了LSVC工艺的实用性。2.研究低温退火超薄含氟聚合物CYTOP缓冲层对OFETs电学性能的影响提出了低温退火超薄CYTOP缓冲层的制备工艺,并研究了CYTOP缓冲层在C₈-BTBT OFETs的金属/半导体接触界面中起到的改善作用。插入CYTOP缓冲层可降低器件的接触电阻（R_c）,从而提高器件迁移率。通过引入CYTOP缓冲层,薄膜器件的沟道宽度归一化R_c（R_cW）从46.4 MΩcm降到0.56 MΩcm,迁移率从1.3 cm² V^-1 s^-1升到2.8 cm² V^-1 s^-1;半导体层厚度为90 nm的单晶器件的R_cW从1.6 MΩcm降到0.14 MΩcm,迁移率从1.7 cm² V^-1 s^-1升到3.6 cm² V^-1 s^-1。实验结果表明,CYTOP缓冲层的引入不仅不会对C₈-BTBT活性层造成损害,反而能在真空热蒸镀金属电极过程中对活性层起到保护作用。3.研究1,4-bis（（5’-hexyl-2,2’-bithiophen-5-yl）ethynyl）benzene（HTEB）单层分子晶体在低R_c有机场效应晶体管中的应用利用HTEB层状2D分子晶体明显的分层结构制备了不同晶体厚度的OFETs,研究了晶体厚度与R_c以及器件性能的关系,发现了晶体厚度与R_c的正相关关系,同时发现当沟道长度（L）缩短时,较小的R_c可使器件迁移率的下降幅度更小。鉴于此,利用极薄的HTEB单层分子晶体在Si/HfO₂（30 nm）基底上制备了低R_cW（540Ωcm）、低电压操作（-2 V）OFETs,器件在L降至1.8μm时仍然保持高达0.26 cm² V^-1 s^-1的饱和迁移率。具有低R_c的单层分子晶体是实现短沟道OFETs的有效策略之一,在OFETs的小型化、集成化应用中具有巨大潜力。4.研究基于聚酰胺酸（poly（amic acid）,PAA）绝缘层的低电压操作OFET-OLED阵列的制备工艺采用表面呈自波纹状并带有纳米沟槽的PAA绝缘层,制备了基于并五苯（pentacene）活性层的低电压操作OFETs,并研究了其作用机理。发现pentacene在PAA表面沉积时,将以竖直站立的形式在PAA表面上紧密堆积,从而增强pentacene分子间的π-π共轭作用,导致更强的电荷传输能力。基于PAA绝缘层的pentacene薄膜OFET迁移率高达30.6 cm² V^-1 s^-1,工作电压仅为-3 V,是以优化绝缘层提升器件性能的研究报道中最好的工作之一。最后,鉴于PAA绝缘层适用于光刻技术进行图案化的特性,制备了低操作电压的OFET-OLED驱动发光阵列,给栅极施加-10 V的电压,OLED阴极施加-15 V的电压时,成功地实现了驱动发光,证明PAA在AMOLED的驱动电路中具有潜在应用价值。5.研究有机场效应光电晶体管（organic field-effect photo-transistors,OPTs）的构筑对其光电性能的影响制备和研究了基于2,6-diphenylanthracene（DPA）半导体层的OPTs,从活性层有序度和绝缘层界面两方面讨论了器件构筑对器件光电学性能的影响,发现在活性层和绝缘层界面上较大的缺陷密度会造成较大的光响应特性。通过改变活性层有序度和采用不同界面缺陷密度的绝缘层,实现对器件光敏值（photosensitivity,P）5个数量级的超大范围调控（从4到2.2?10⁶）,光照前后阈值电压漂移值（（35）V_T）的调控范围从0.1 V到90.8 V。在光响应形成机制中缺陷起到两种作用,即在暗态下起到捕获并束缚空穴的作用,以及在光态下起到释放束缚的空穴以及促进激子分离的作用,两个作用共同导致较大的光生电流。鉴于此,可以利用器件构筑工艺来调控缺陷密度,从而实现对器件光响应特性的有效调控,和扩展有机半导体材料的应用范围。综上所述,本工作从有机半导体层溶液法制备、金属/半导体界面、单层分子晶体、聚合物绝缘层、缺陷密度5个方面,研究了OFETs的构筑对其性能的影响,为解决OFETs的性能一致性、稳定性以及制备工艺的可重复性等问题提供了重要参考,对推进OFETs的商业化应用具有重大意义。