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在过去20多年的发展中,有机薄膜晶体管(OTFTs)的各项静态性能,例如迁移率等,已经达到了商业用非晶硅的水平。而且OTFTs具有廉价、柔性、易于实现大面积等优点,使其显示出更广泛的应用前景。因此近年来,对有机薄膜晶体管动态特性的研究变得越来越重要,其中,回滞特性的研究已经成为近来研究的热点。但是在当前的研究中,对于引起回滞的重要因素之一绝缘膜与栅电极交换电荷的研究还不是很清楚。同时在现今的研究中,各国研究者主要集中在去研究引起回滞的机理,针对引起回滞的因素进行改善,以获得低回滞的有机薄膜晶体管的研究还很少。因此,在本论文中,研究了栅电极与绝缘膜交换电荷的原因,并通过改善绝缘膜与半导体、绝缘膜与栅极之间的界面,获得了低回滞的有机薄膜晶体管。
1.首先研究了具有不同功函的金属做栅极与回滞的关系(第二章)。发现以低功函的金属做栅极、以氧化钽、聚合物双层做绝缘膜时,器件的回滞很大。通过对晶体管的电流-电压特性分析,对金属绝缘膜-半导体(MIS)二极管电容-电压特性分析,发现在这个体系中从栅极到绝缘膜的电子注入是引起回滞的主要因素。也得知当栅极与绝缘膜之间的势垒比较低时,容易发生从栅极到绝缘膜的电子注入,从而引起回滞的产生。
2.通过采用高功函的金属金做栅极,获得了低回滞的有机薄膜晶体管(第二章)。其获得低回滞的原因是高功函的金属的使用提高了金属栅极与绝缘膜之间的电子势垒,削弱了电子的注入,因而与采用低功函金属做栅极的器件相比回滞降低了。
3.在栅极与氧化钽之间加入一层聚合物,也能获得低回滞的器件(第三章)。通过对聚合物的能带分析,以及金属-绝缘膜-金属(MIM)二极管的电流-电压分析,发现聚合物的使用,提高了栅极与绝缘膜之间的势垒,阻挡了电子注入,因而回滞降低了。
4.通过采用聚合物/氧化钽/聚合物三层复合绝缘膜,获得了低回滞的有机薄膜晶体管(第三章)。通过对有机半导体形貌的分析得知顶层聚合物(与半导体接触)改善了绝缘膜与半导体之间的界面,减少了界面陷阱,因而降低了部分回滞。通过,电容-电压、电流-电压分析,得知底层聚合物(与栅电极接触)阻挡了低功函金属注入电子到绝缘膜中,因而也降低了部分回滞。这上下两层聚合物的联合使用,能够有效的改善引起回滞的两个重要因素:绝缘膜与半导体之间的界面陷阱和栅极注入电子到绝缘膜中,因而获得了低回滞的有机薄膜晶体管。