基于复合栅介质层制备可低电压工作的OTFTs及其功能性应用

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在现如今的信息社会,各种电子产品层出不穷,它们已成为人类生产生活中不可替代的产品。随着社会的发展,人们对新型电子产品的需求日益提高。有机薄膜晶体管(OTFT)具有质轻价廉、制备温度较低、能够在柔性衬底上制备等优点,因此在大面积制备的柔性电子器件、有源驱动电路、传感器、智能无线射频标签(RFID)等领域具有广阔的应用前景。这些年来,科研人员通过不懈的努力,使有机薄膜晶体管的整体性能得到了提升。但是,与传统的硅基无机晶体管相比,有机薄膜晶体管的工作电压较高,迁移率较低,这是OTFT走向市场化的阻碍。在本论文中,制备了可以低电压工作的有机薄膜晶体管,并通过一系列优化来提高有机薄膜晶体管的各项性能参数,并从结构设计、制备工艺、界面调控等方面进行了研究。最终成功制备出可低电压工作的有机薄膜晶体管,其性能参数也达到了预期。主要内容成果如下:1.设计并制备了以2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)为有源层的有机薄膜晶体管,聚乙烯吡咯烷酮(PVPy)作为主要栅介质层的一系列有机薄膜晶体管。实验数据表明,单层的PVPy作为栅介质层会产生迟滞现象,这是有机薄膜晶体管走向产业化的阻碍,并且迁移率和电流开关比并不高,因此提出了构建复合栅介质层体系以提高有机薄膜晶体管的迁移率,提高器件性能。设计了不同结构的双层和三层结构的聚合物复合栅介质层,目的是在保持器件能够在低电压下工作的同时,能有较好的器件性能,研究结果证明复合栅介质层对器件性能的提升有很大作用。结构优化后的有机薄膜晶体管具有较好的性能参数,其工作电压可低于5V,迁移率超过10cm~2/Vs,平均亚阈值斜率为185m V/decade,并且得到高达10~5的电流开关比。研究结果为进一步制备低工作电压、高迁移率有机薄膜晶体管提供了有效的理论和实验依据。2.设计并制备了以聚丙烯酸(PAA)为栅介质层,以2,9-十二烷基-二萘并[2,3-b2’3’-f]噻吩并[3,2-b]噻吩(C10-DNTT)为有源层的有机薄膜晶体管,并对其进行了光敏特性的测试。在实验中,单层的PAA结合C10-DNTT的有机薄膜晶体管虽然可在低电压工作,并且具有较高的迁移率,但存在迟滞现象,并且关态电流过高,不适合用作常规有机薄膜晶体管,因此我们进一步采用制备复合栅介质层的方法,提高有机薄膜晶体管的性能参数,并测试OTFT的光敏特性。实验结果表明,在蓝光下的有机薄膜晶体管的阈值电压进一步降低,为低电压工作的光敏有机薄膜晶体管提供了新的可能性。
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