弱外延生長并五苯和萘二酰亞胺薄膜

發(fā)布時間：2020-06-07 15:34

【摘要】：有機(jī)半導(dǎo)體材料的種類豐富、電學(xué)性質(zhì)優(yōu)異,可制備多種類型的功能器件;其與彈性基板的高相容性,可實現(xiàn)柔性器件的制備;并且加工溫度低、易于大面積加工,使其成為制備高能電子器件的重要材料體系。近十幾年來,隨著對有機(jī)半導(dǎo)體材料的研究不斷深入,以其為有源材料制備的器件性能得到了大幅度提高,已經(jīng)超越了非晶硅水平,并且在商業(yè)應(yīng)用上具有巨大的發(fā)展前景。論文的主體工作分為兩個部分:研究并五苯薄膜的生長形態(tài)與器件性能之間關(guān)系,以及對有機(jī)萘二酰亞胺類衍生物結(jié)晶薄膜的制備。在有機(jī)半導(dǎo)體材料中,并五苯Pentacene是具有較高晶體管性能的p型小分子材料,其單晶晶體管的遷移率最優(yōu)可達(dá)到58 cm~2/Vs,其薄膜晶體管OTFTs的遷移率約0.038cm~2/Vs,與單晶器件存在很大的差距。Pentacene直接在SiO_2上生長,前兩個分子層是以層狀方式生長為薄膜相,從第三層開始薄膜呈島狀方式生長并表現(xiàn)為體相。從薄膜相到體相的轉(zhuǎn)變存在一個臨界厚度,這個臨界厚度會隨著薄膜制備條件不同而發(fā)生改變。為了使多層的Pentacene薄膜呈層狀生長,來獲得多層大尺寸連續(xù)的薄膜,提高Pentacene薄膜晶體管的器件性能。利用弱外延生長技術(shù),引入六聯(lián)苯p-6P、聯(lián)噻吩BP2T和菲BPPh的棒狀分子作為誘導(dǎo)層。由于有機(jī)薄膜的生長過程是熱力學(xué)和動力學(xué)相互競爭結(jié)果,以單分子層1ML和雙分子層2ML的誘導(dǎo)層薄膜為基底,制備出大尺寸連續(xù)的Pentacene薄膜,并制成薄膜晶體管。利用誘導(dǎo)層為單層雙層的p-6P薄膜通過弱外延方法獲得了前幾個分子層近似層狀生長的大尺寸Pentacene薄膜,此外,p-6P/Pentacene薄膜晶體管也表現(xiàn)出較高空穴遷移率。從大規(guī)模實際生產(chǎn)的角度出發(fā),n型有機(jī)半導(dǎo)體材料對雙極性晶體管和互補(bǔ)電路等都有極其重要作用。目前大多數(shù)有機(jī)半導(dǎo)體材料多為p型,n型材料較少,使得有機(jī)薄膜晶體管的類型過于單一,n型的遷移率也比較低、器件性能較差。所以,實驗上選取具有較高的穩(wěn)定性、良好的光電性質(zhì)、分子具有較大的π-π共軛體系的n型小分子材料萘二酰亞胺類衍生物(DCyNTDA、DPNTDA、NTDA-C6H13)為研究對象,引入p-6P、BP2T等作為外延誘導(dǎo)層,提高基底溫度使得分子間作用力強(qiáng)于分子與襯底之間的作用力,從而實現(xiàn)分子直立生長;同時通過誘導(dǎo)層分子的晶格匹配等效應(yīng)實現(xiàn)萘二酰亞胺類衍生物薄膜的高有序排列,使得萘苷類分子之間的π-π交疊方向平行于薄膜平面,有利于提高晶體管的載流子在薄膜內(nèi)的電輸運(yùn)。利用弱外延生長制備DCyNTDA薄膜、DPNTDA薄膜、NTDA-C6H13薄膜,在前幾個分子層有序?qū)訝钌L,薄膜質(zhì)量較好。其中,BP2T/DCyNTDA薄膜晶體管表現(xiàn)出較高電子遷移率。因此,制備多層的大尺寸、平整連續(xù)的薄膜對提高空穴型(p型)OTFTs的性能和探索n型的萘苷類薄膜形貌結(jié)構(gòu)及開發(fā)其電子型(n型)OTFTs的器件性能的研究具有重要的意義。
【圖文】：

有機(jī)小分子,半導(dǎo)體材料,有機(jī)半導(dǎo)體材料