多位一体复合修饰的有机场效应晶体管的研究

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有机场效应晶体管(OFET)因其良好的机械柔韧性、质量轻、可低温生产以及低成本等一系列独特的优点而被视为新一代电子器件的重要组成部分。因此,大力发展高性能OFET器件具有十分重要的意义。通过对器件结构进行合理的优化是提高OFET性能的有效途径。为使器件获得更高的导电性能,由两种有机半导体构成的异质结结构引起了人们广泛的关注。在通常情况下,这种有机异质结的引入会使OFET的饱和电流与场效应迁移率均有所提高,但不足之处在于无栅偏压下的关态电流往往也会呈现出较高的值,导致不理想的开关电流比,同时阈值电压也会出现偏移现象。因此,如何有效控制有机异质结中的关态电流就值得进一步探索。本文在SiO2上制备了由P型2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8BTBT)和并五苯(pentacene)两种P型有机半导体材料组成的同型异质结OFET。在C8BTBT/pentacene异质结OFET中,我们发现生长在C8BTBT上的pentacene具有两个重要的功能:其一,形成的能级台阶有利于载流子从Cu注入至C8BTBT中;其二,通过比较在C8BTBT上全覆盖与部分覆盖pentacene的器件,我们能够证实在pentacene/C8BTBT异质结中第二条载流子传输通道的形成。结果表明,C8BTBT/pentacene同型异质结不仅能有效地提高OFET的性能,还表现出极其微弱的异质结效应,能有效控制关态电流,其电流开关比高达105。在此基础上,考虑到当OFET工作在积累模式时,自由电荷大部分集中在绝缘层上10 nm左右的半导体层内,因此绝缘层的性能对OFET的电学特性影响巨大。而SiO2表面较粗糙易捕获传输载流子,从而导致器件性能下降。实验由此考虑选择了表面粗糙度较低的聚合物材料作为器件的绝缘层或者修饰层进一步提高有机异质结OFET的性能。具体到实验中,我们通过旋涂技术制备了SiO2/PVP,SiO2/PS和SiO2/PMMA三种双绝缘层结构,以此研究绝缘层与C8BTBT/pentacene同型异质结的相互作用及机理,同时对于第一层半导体与第二层半导体会如何变化以及器件性能的进一步影响进行了深入探讨。结果表明,SiO2/PS不仅具有良好的界面形态,还能进一步诱导下层C8BTBT薄膜与上层pentacene薄膜的生长,使异质结OFET达到最优性能,迁移率达到3.6 cm2/Vs。这种基于廉价电极制备的高迁移率C8BTBT OFET对实际应用具有指导意义。
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