有機(jī)場效應(yīng)晶體管在集成電路領(lǐng)域、顯示領(lǐng)域、傳感器領(lǐng)域、有機(jī)激光領(lǐng)域等有著重要的應(yīng)用。如何提高場效應(yīng)晶體管的性能,是亟待解決的問題。光催化劑能夠有效利用太陽光分解水制氫和降解環(huán)境中的有機(jī)污染物,解決能源缺乏,環(huán)境污染等問題。如何提高催化劑的催化活性,是很重要的問題。有機(jī)場效應(yīng)晶體管及有機(jī)光催化劑的光催化性能不僅依賴于有機(jī)材料的化學(xué)結(jié)構(gòu),也取決于有機(jī)材料的形貌和結(jié)構(gòu)。因此本論文以酞菁銅、酞菁鐵、苝酰亞胺三種半導(dǎo)體材料為研究對象,通過條件控制制備了一系列以酞菁銅為有源層的有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)和一系列酞菁鐵薄膜和苝酰亞胺薄膜,研究了形貌、結(jié)構(gòu)和場效應(yīng)晶體管性能,光催化性能之間的關(guān)系。相應(yīng)的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.制備了以酞菁銅(CuPc)為有源層的底柵頂接觸的有機(jī)場效應(yīng)晶體管。真空沉積酞菁銅,通過極性不同的7種溶劑蒸汽處理酞菁銅薄膜。研究了有機(jī)溶劑蒸汽和酞菁銅薄膜形貌,結(jié)構(gòu)和制備的有機(jī)場效應(yīng)晶體管性能之間的關(guān)系。石油醚、苯、二氯甲烷蒸汽處理的表面形貌是納米棒,四氫呋喃,丙酮蒸汽處理的薄膜表面形貌是竹葉狀納米帶,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)蒸汽處理的表面形貌是短粗帶枝杈的納米棒,乙醇蒸汽處理的表面形貌是小的零星分散的納米棒。通過考察石油醚蒸汽處理0、10、20、60 min時酞菁銅薄膜表面形貌,可知形貌的變化是由于溶劑蒸發(fā)過程中酞菁銅分子重排所致,而不是發(fā)生在溶解過程。通過UV-vis,XRD分析表明,溶劑蒸汽處理的酞菁銅薄膜是多晶結(jié)構(gòu),2θ=6.9°(d=12.8?)有一尖銳的衍射峰,對應(yīng)(200)晶面,說明是α-CuPc。經(jīng)溶劑蒸汽處理后結(jié)晶度增加,晶粒尺寸增大。其中石油醚蒸汽處理酞菁銅薄膜結(jié)晶度相對最大,晶粒尺寸最大。對OFET性能測試表明,石油醚蒸汽處理的酞菁銅薄膜制備的OFET場效應(yīng)遷移率最大,開關(guān)比最大,閾值電壓較小。2.以真空沉積在ITO玻璃、銅片、石英玻璃上的酞菁鐵(FePc)薄膜做光催化劑,在可見光作用下光催化降解羅丹明B(RhB)。通過極性不同的溶劑蒸汽處理酞菁鐵薄膜,不同處理時間得到的薄膜形貌和結(jié)構(gòu)不同。研究了酞菁鐵薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)、基質(zhì)、厚度和羅丹明B降解率之間的關(guān)系。沉積在ITO玻璃上的經(jīng)石油醚,DMF溶劑蒸汽處理0、24、36、48、72 h酞菁鐵薄膜的形貌不同,石油醚蒸汽處理32 h酞菁鐵薄膜表面形貌是納米棒,DMF蒸汽處理72 h酞菁鐵薄膜表面形貌是納米片。通過UV-vis,XRD分析表明,溶劑蒸汽處理的酞菁鐵薄膜是多晶結(jié)構(gòu),2θ=6.94°/6.98°(d=12.8?)有一尖銳的衍射峰,對應(yīng)(200)晶面,這說明是α-FePc。經(jīng)石油醚蒸汽處理36 h和DMF蒸汽處理72 h時衍射峰的強(qiáng)度最強(qiáng),酞菁鐵薄膜結(jié)晶度最大,說明FePc/ITO薄膜形貌是緊密排列納米棒或數(shù)量較多尺寸較大納米片時,薄膜相對結(jié)晶度最大,此時FePc/ITO薄膜使RhB的降解率相對達(dá)到最大值分別是32.9%和33.8%。不同基質(zhì)酞菁鐵薄膜光催化性能不同,沉積在ITO玻璃和銅片上的酞菁鐵薄膜光催化性能大于沉積在石英玻璃上的酞菁鐵薄膜。酞菁鐵薄膜光催化性能與薄膜厚度有關(guān),沉積在ITO玻璃上的酞菁鐵薄膜厚度是10 nm好于50nm。沉積在ITO上經(jīng)DMF蒸汽處理的酞菁鐵薄膜光催化性能循環(huán)測試表明,酞菁鐵薄膜光催化性能幾乎不變,顯示出優(yōu)良的可重復(fù)利用性。3.真空沉積在ITO玻璃(基質(zhì)溫度20、50、100、150、200℃)上的苝酰亞胺(PDI)薄膜做光催化劑催化降解羅丹明B。研究了基質(zhì)溫度、薄膜形貌、羅丹明B降解率之間的關(guān)系。結(jié)果表明沉積基質(zhì)溫度是100℃時,薄膜形貌是在變大蠕蟲狀納米粒子間夾雜著豎起的橫截面是圓形的較粗納米棒,薄膜粗糙度最大,比表面積最大,催化活性最大,對羅丹明B的降解率最大。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2;TN386
【部分圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文這些電子可以定向移動形成電流。半導(dǎo)體和絕緣體具有相類似的能帶結(jié)構(gòu)材料禁帶寬度較小，一般是指 0.1 eV < Eg < 4 eV，價帶中的電子只需要較能量就能被激發(fā)到能量高的空導(dǎo)帶上，因而導(dǎo)帶上存在一定量的自由電子體材料在宏觀上表現(xiàn)為具有較大的電導(dǎo)率。絕緣體材料禁帶寬度較大，一 eV < Eg< 7 eV，價帶的電子難以躍遷到空的導(dǎo)帶上，從而在宏觀上導(dǎo)致其出導(dǎo)電性較差或不導(dǎo)電。

（c） （d）圖 1-2 有機(jī)場效應(yīng)晶體管的四種基本類型 (a) 底柵頂接觸 (b) 柵底接觸 (c) 頂柵頂接觸 (d)頂柵底接觸Fig. 1-2 Schematic representation of four typical basic OFET structures (a) Bottom-Gate Top-Contact(b) Bottom-Gate Bottom-Contact (c) Top-Gate Top-Contact (d) Top-Gate Bottom-ContactOFET 的工作原理是通過改變柵極電壓來改變有機(jī)半導(dǎo)體層的導(dǎo)電能力，從而控制通過源漏電極的電流的大小。以底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的器件為例來詳細(xì)解釋 OFET器件的工作原理，如圖 1-3 所示。在有機(jī)場效應(yīng)晶體管中，加載于柵極與接地間的電壓 VGS稱作柵電壓，加載于源漏電極之間的電壓 VDS稱作源漏電壓，經(jīng)過的電流IDS稱作源漏電流或溝道電流。通常，場效應(yīng)晶體管可以看成是一個由柵電極和有機(jī)半導(dǎo)體層構(gòu)成的平板電容器，即源漏電極之間的導(dǎo)電溝道作為電容器的一個極板，柵電極作為電容器的另一個極板，溝道中的載流子密度通過加在柵極上的電壓來進(jìn)行調(diào)制。在外加?xùn)艠O電壓(VGS) 的情況下，會在絕緣層附近的有機(jī)半導(dǎo)體層部分感應(yīng)出電荷，在一定的源漏

7酞菁圖 1-4 常見 p 型有機(jī)半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)式g.1-4 The structural formula of p channel organic sem、富勒烯、寡聚噻吩和電荷轉(zhuǎn)移鹽等。常見吩齊聚物等。常見的高聚物有機(jī)半導(dǎo)體材料撐乙烯、噻吩熒烷共聚物等。
【參考文獻(xiàn)】

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1 劉向;劉惠;薛鈺芝;;OTS修飾的不同厚度酞菁銅OTFT的研究[J];液晶與顯示;2009年01期

本文編號：2886818