【摘 要】
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二维有机半导体单晶具有晶体分子有序排列、无晶界、无杂质和缺陷少以及二维材料优异的柔韧性、高的透明性以及易于制作高度集成器件的优势,它是研究半导体分子的结构与性能之间的关系以及半导体材料的固有属性,探索载流子传输方式以及构成高性能器件和大面积柔性集成电路的最佳选择。吸引了越来越多的人的关注。目前,有机单晶研究较多的开展在基础研究方面,为了实现最终的目标我们还需要克服很多难题,其中最重要的就是实现大面
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二维有机半导体单晶具有晶体分子有序排列、无晶界、无杂质和缺陷少以及二维材料优异的柔韧性、高的透明性以及易于制作高度集成器件的优势,它是研究半导体分子的结构与性能之间的关系以及半导体材料的固有属性,探索载流子传输方式以及构成高性能器件和大面积柔性集成电路的最佳选择。吸引了越来越多的人的关注。目前,有机单晶研究较多的开展在基础研究方面,为了实现最终的目标我们还需要克服很多难题,其中最重要的就是实现大面积有机单晶的生长。溶液法生长有机单晶的优势在于可以在室温条件下采用更节能更低成本的方法制造,其中溶液剪切法对于大面积有机单晶器件的制备更具优势。所以,发展简单高效的溶液法制备高度有序的大面积二维有机单晶对有机单晶的本征性能以及探索更多有机单晶的应用领域具有重大意义。本文通过溶液剪切法以推进英寸级乃至晶圆级别的二维有机单晶的生长及有机单晶场效应晶体管的实际应用为目标,开展了一系列工作。本文的第1章讨论了有机场效应晶体管的发展历程,各种有机单晶生长方法和高k介电层生长方法以及有机单晶晶体管的构筑方法和应用。本文第2章讨论了溶液剪切法的改进方案,从流体力学出发,落脚于晶体生长,一共生长了5种有机P型小分子半导体和2种有机P型聚合物半导体的厘米级有机单晶,相比于没有改进的溶液剪切法,我们对有机半导体单晶在衬底上的覆盖率以及单晶的面积都有了很大的提升。我们利用溶液剪切法制备的有机单晶作为半导体层,实现了高达19 cm2/Vs的载流子迁移率。本文的第3章论述了使用阳极氧化制备高k介电层（Al Ox）,并在Al Ox衬底上制备了大面积有机单晶作为半导体层构筑低功耗有机场效应晶体管。最终我们在Al Ox上制备的低功耗有机场效应晶体管在-3V栅极电压达到饱和,最高载流子迁移率达到8 cm2/Vs,器件亚阈值摆幅最低达到61 m V/dec,十分接近于理论极限值。
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