界面修饰对BC-OFETs性能影响的研究

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有机场效应晶体管(OFETs)作为有机器件,以其不同于无机器件的优良特性而得到了广泛的关注与发展。随着OFETs的器件结构不断优化以及新型有机材料的发展,有机器件在生物医疗、光电探测、柔性显示等方面都有了出色的表现。OFETs的器件性能依旧与无机场效应晶体管有较大的差距,其中器件中的界面问题是限制OFETs发展的一个重要原因。本文对界面问题的研究主要在两个方面:一是介电层与有机层接触界面,OFETs的导电沟道产生在这个界面,所以此界面有机层生长的质量会直接影响器件的性能。二是电极与有机层接触界面,由于电极与有机层功函数不匹配导致存在较高的接触电势差。其次在底接触结构中电极与介电层存在高度差,不利于接触处有机层的生长。在底接触结构的OFETs中,电极与有机半导体的接触受到衬底温度的影响,因此,在不同的衬底温度下制备了基础器件,得到了衬底温度为70℃时器件性能最优。在此基础上使用HMDS对器件进行了修饰,同样在衬底温度70℃时器件性能最优,迁移率达到了 1.64×10-2cm2/Vs,比相同衬底温度下基础器件(2.39×10-3cm2/Vs)提高了 8倍,比90℃修饰后器件的迁移率5.3× 10-3cm2/Vs,提高了 3倍。归因于HMDS修饰器件之后改善了沟道内有机层的生长,而对电极与有机层接触界面的贡献较小。通过挥发PFBT的方式对Cu电极进行了修饰。通过对比挥发修饰与浸泡修饰发现,挥发修饰形成的PFBT更有利于并五苯的生长,器件性能更好。通过挥发修饰的方式完成了只对电极边缘修饰和全部修饰,在两种修饰方式下器件的载流子迁移率都在2.9×10-3cm2/Vs,最大饱和电流都在40μA,但电极全部修饰器件的接触电阻要低于电极边缘修饰器件,从而推断了导电沟道的位置。最后,在使用PFBT修饰电极的基础上,使用OTS对介电层修饰,迁移率达到了2.39× 10-2cm2/Vs,比只用 PFBT 修饰的器件(2.9×10-3cm2/Vs)提高了 8 倍。与 HMDS 修饰的器件相比接触电阻也有明显的降低。
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