有机场效应晶体管的性能与应用研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong565
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近年来,随着科学研究的不断深入,部分有机半导体材料的迁移率已经超过了无定形硅,向多晶硅的水平迈进。这些突破性的进展极大地推动了有机场效应晶体管的工业化生产进程。目前,制备具有高性能的有机场效应晶体管(OFET)仍是该领域研究的重点。本论文以OFET作为研究主体,探究了有机半导体材料结构与性能之间的关系,研究了界面修饰对器件性能的影响以及OFET在电荷存储方面的应用。主要工作分为以下四个方面:  1.对两种具有高共轭平面的并二噻吩DPP类聚合物PTTDPPTVT和PTTDPPSVS构建了底栅底接触结构的OFET器件,深入研究了其结构与性能之间的关系。基于PTTDPPTVT和PTTDPPSVS的OFET器件的最高迁移率分别为0.437和0.067 cm2 V-1 s-1。结合原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和掠入射X射线衍射(GXRD)对半导体薄膜的形貌和凝聚态结构进行了研究。相对于PTTDPPSVS薄膜,PTTDPPTVT薄膜具有更好的结晶性、堆积有序性和较小的π-π距离,从而具有较高的迁移率。  2.以三种含有不对称含氟单元的DPP类聚合物(PD-3-FBTE、PD-23-FBTE和PD-25-FBTE)作为研究对象,构建了基于顶栅底接触的OFET器件,深入研究了F原子的引入及不同取代位点对其性能的影响。实验结果表明,F原子的引入有效地降低了分子的LUMO能级,三个材料都展现了良好的双极性传输特性。基于PD-25-FBTE的OFET器件获得了0.53 cm2 V-1 s-1的电子迁移率和0.033 cm2 V-1 s-1的空穴迁移率。结合AFM和GXRD等表征手段,我们发现F原子的引入位点影响了聚合物分子在薄膜中的有序排列,从而对器件的电子迁移率具有较大的影响。  3.采用DPP类聚合物PDQT作为半导体材料,PMMA作为绝缘层,制备了顶栅底接触结构的OFET器件。选用OTS和PTS两种氯硅烷分子对玻璃衬底进行修饰,探究了衬底修饰对器件性能的影响。实验结果显示,未进行修饰时,器件的性能仅为7.35×10-2 cm2 V-1 s-1,衬底经过OTS修饰后,器件的性能可提高到0.24 cm2 V-1 s-1。结合AFM和GXRD表征,我们发现衬底修饰可以有效改善半导体层的凝聚态结构,从而提高器件的迁移率。  4.我们首次将导电聚合物聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)作为电荷捕获位点,应用于浮栅型OFET存储器中。选用并五苯作为半导体层,聚苯乙烯作为隧穿层,制备OFET存储器。实验结果显示,该存储器具有很好的存储效果,存储窗口最大可达30V,存储电流开关比高达105。
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