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有机场效应晶体管是以有机半导体作为有源层的晶体管,与传统的无机半导体器件相比,有机场效应晶体管具有可低温加工、适宜大面积生产、制造工艺简单、生产成本低和可与柔性衬底兼容等突出特点,逐渐成为国内外的研究热点。随着有机场效应晶体管性能的改善,其应用领域也越来越广泛,包括:柔性显示、传感器阵列、无线识别标签和集成电路等。 并五苯作为一种小分子半导体材料,由于其良好的性能在有机场效应晶体管的研究中得到了越来越多的青睐。本文利用P型半导体材料并五苯制备出底栅项接触结构的有机场效应晶体管,用聚(α-甲基苯乙烯)(PAMS)对绝缘层与有机半导体层的界面进行修饰,通过改变有机半导体的制备温度、器件的测试温度以及改变栅绝缘层的材料,对器件的电学性能、频率响应特性进行研究。主要工作内容和成果如下: (1)研究发现有机半导体并五苯的沉积温度对器件性能有着极为重要的影响。由数据分析得出有机半导体薄膜的微结构和金属电极/半导体界面是影响器件频率响应特性的关键因素。沉积温度为50℃时,并五苯晶粒最大,器件迁移率达到0.78 cm2 V-1 s-1,接触电阻为3.7 KΩ.cm,器件的平带电压表现出较好的频率稳定性,并且具有较高的截止频率,当偏压为-40 V时,截止频率为42.9 KHz。 (2)研究了不同测试环境温度对器件频率响应特性的影响。有机薄膜晶体管的频率响应特性呈现出较强的温度敏感性,我们发现沟道中的载流子迁移率和金属电极/有机半导体界面的接触电阻随着温度的变化而变化,是影响其交流特性温度稳定性的关键原因。当温度小于350 K时,器件的直流和交流特性随温度的增加而变好,但当温度超过350 K时,器件性能开始出现变差的趋势。 (3)采用低成本化学溶液法制备了高质量氧化锆绝缘栅介质,实现了有机薄膜晶体管在低压下工作的目的。研究了基于ZrO2高介电常数材料的有机场效应晶体管的频率响应特性。用ZrO2代替SiO2使器件的工作电压从-30 V降到-4V,同时保持了与SiO2器件基本相同的频率响应特性。