接触电阻对有机场效应晶体管性能影响的研究

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有机场效应晶体管(OFET)由于具有制备工艺简单、柔韧性好、适合低温、成本低和可大面积制造的特点以及在电子器件上有着巨大应用潜力而受到广泛关注。近年来OFET性能极大提高,几乎达到非晶硅的场效应晶体管(FET)性能的水平。由于OFET性能的提高,已广泛应用于柔性显示驱动、智能卡、识别卡、探测器、电子包装、电子报纸等领域。通常,在OFET中源漏电极与有机半导体层之间的存在着接触电阻,影响着器件的性能。为了改善OFET性能以及使器件更广泛的得到应用,开展在金属电极与有机半导体层之间插入金属氧化物以提高器件性能研究,并引用理论模型指导实验具有重要的科学意义和实用价值。本文首先简单的综述了OFET发展情况和存在问题,介绍了制备OFET所需的各种有机材料和常用结构的分类。阐述了载流子的注入和传输机制。基于目前OFET存在的问题以及未来发展趋势,研究了在并五苯OFET有源层材料与金属电极之间插入一层薄的金属氧化物缓冲层对器件接触电阻的影响,并研究了N型有机半导体材料富勒烯C60及其衍生物PCBM与金属Al的接触电阻。具体的研究内容如下:(1)制备了过渡金属氧化物三氧化钨(WO3)缓冲层修饰铝(Al)电极的并五苯OFET,其中栅电极为ITO,绝缘层为PMMA。研究了WO3的厚度对OFET性能的影响。与未插入WO3器件相比,插入WO3薄膜后,减少了界面电偶极子,实现了退钉扎效应,改善了注入势垒,从而使得OFET性能的提高。(2)制备了过渡金属氧化物三氧化钼(MoO3)缓冲层修饰铝(Al)电极的并五苯OFET,其中栅电极为ITO,绝缘层为PMMA。研究了MoO3的厚度对OFET性能的影响。与未插入MoO3器件相比,插入MoO3薄膜后,由于电子的隧穿效应和源漏电极与有机半导体层能级匹配,改善了注入势垒,降低了接触电阻,从而使得OFET性能的提高。(3)制备了有机半导体材料为C60和PCBM为有源层的OFET,其中栅电极为ITO,绝缘层为PVA,Al为源漏电极。分析了不同浓度下PVA对有源层为C60和PCBM的器件性能的影响,并且应用了麦克斯韦-瓦格纳(M-W)模型对接触电阻进行了分析。
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