有机场效应晶体管中异质界面诱导的光电性能及调控

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有机场效应晶体管以其柔性透明、低成本、多功能、可大面积制备等特点,在近年来成为人们关注的热点领域。其中,提高有机半导体材料性能、优化器件结构以及在器件上集成更多的功能,是这一领域的关键问题和发展方向。本论文围绕有机器件光功能化和性质提高的问题,在界面光功能化修饰,光响应绝缘层材料合成,以及高性能有机单晶材料的合成与器件制备方面展开研究。主要研究工作包括以下四个方面:   1.以光致变色螺吡喃分子为材料,通过自组装技术在半导体层/绝缘层界面上修饰生成致密有序的2.2纳米光响应自组装膜,并制备出具有较高光响应效率的光电功能有机场效应晶体管器件。通过分析器件阈值电压的偏移规律,提出外光照刺激改变螺吡喃分子偶极矩,从而改变界面诱导附加电场的光响应机理,为有机光功能器件的制备提供了一条新的途径。   2.从底栅极低电极结构出发,通过简单的自组装技术在金电极表面修饰一层螺噻喃自组装膜。利用光致变色螺噻喃分子在紫外光照之后会增大分子偶极矩的特性,通过施加不同光照条件来改变金电极表面功函数,调控电极与有机半导体之间的接触,进而调节载流子的注入。这种简单高效的电极界面功能化技术为光电功能有机半导体器件的制备提供了新的方法。   3.设计合成一系列含有不同比例螺吡喃和甲基丙烯酸甲酯的光响应聚合物绝缘层材料。这种由化学方法合成制得的共聚物材料可以实现很高的螺吡喃掺杂比例,远高于一般的物理掺杂方法,进而大大提高了有机场效应晶体管器件的光响应效率。通过分析绝缘层电容变化现象,结合分子力学模拟方法,提出了光诱导偶极矩变化改变聚合物介电常数的响应机制。这种利用绝缘层材料实现光功能化的方法,具备简单高效、不受有机半导体材料的种类限制等优点,具有普适性,为发展光功能器件提供了新思路。   4.与实验室成员合作,设计合成两种寡聚噻吩单边烷基链半导体分子材料。采用溶液加工法制备了薄膜和晶体场效应晶体管,对这两类分子的晶体管器件表征结果发现:晶体场效应晶体管器件由于缺陷更少,分子排列有序性更好具有更高的迁移率,其中五噻吩单边烷基链化合物的有机晶体场效应晶体管器件的平均迁移率为4.0 cm2V-1s-1,最高迁移率可达6.2 cm2V-1s-1,开关比为106。这两种化合物的的薄膜具有液晶性质,其中五噻吩单边烷基链化合物薄膜器件退火之后的迁移率可达0.2 cm2V-1s-1,开关比为105。
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