發(fā)布時間：2018-01-23 06:54

  本文關(guān)鍵詞： 有機(jī)場效應(yīng)晶體管 高遷移率 凝聚態(tài) 頂柵底接觸器件 n型聚合物　出處：《東北師范大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：過去的幾十年里,溶液法制備的有機(jī)薄膜器件已經(jīng)由基礎(chǔ)研究走向產(chǎn)業(yè)化階段。與無機(jī)電子產(chǎn)品相比,其優(yōu)勢在于有機(jī)薄膜器件具有超薄、輕、制備相對簡單、價格低廉以及可以制備成柔性電子功能器件等。有機(jī)場效應(yīng)晶體管(OFET)作為薄膜器件的基本單元,載流子遷移率是其重要參數(shù)中的一個并且已經(jīng)達(dá)到了很高的水平,p型聚合物有序纖維膜器件的遷移率已超過40 cm~2V-1s~(-1)。然而,相對于p型材料,n型聚合物半導(dǎo)體器件也是構(gòu)造低能耗邏輯電路及其有機(jī)光電子器件的必要部分,但到目前為止,性能良好的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料還很少,而且成膜性、穩(wěn)定性都比較差,對應(yīng)的OFETs器件性能的穩(wěn)定性也不盡人意,所以綜合性能優(yōu)異的n型聚合物半導(dǎo)體器件報道相對較少且器件遷移率超過2 cm~2V-1s~(-1)的屈指可數(shù)。因此,穩(wěn)定的n型聚合物半導(dǎo)體器件是有機(jī)電子學(xué)發(fā)展的重大挑戰(zhàn),同時相對于聚合物OFETs性能的提升,基礎(chǔ)理論的發(fā)展也相對落后,有機(jī)半導(dǎo)體中的載流子傳輸機(jī)制目前仍不完全清楚。針對以上問題,本文設(shè)計優(yōu)化了一系列n型/雙極性材料,并且針對材料選擇具有優(yōu)勢的器件結(jié)構(gòu)來彌補(bǔ)材料不穩(wěn)定的缺點(diǎn),優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)提高OFETs性能,修飾半導(dǎo)體/介電層界面及電極表面改善其凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),從而制備出高性能空氣中穩(wěn)定的n型/雙極性O(shè)FETs。并且制備有序薄膜研究分子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)組裝和器件性能之間的關(guān)系,進(jìn)而分析載流子傳輸機(jī)制。主要研究內(nèi)容如下:1.設(shè)計合成優(yōu)異的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料,構(gòu)建空氣中穩(wěn)定,性能優(yōu)異的單極n型OFETs。綜合性能優(yōu)異的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料,設(shè)計合成聚合物PNBO,具有A1-D-A2-D型交替共軛聚合物骨架,電子受體1為強(qiáng)吸電子基團(tuán)苯并VA二唑(BOZ),電子受體2為萘酰亞胺衍生物,BOZ中氧原子具有強(qiáng)的吸電子能力,降低了聚合物PNBO的HOMO/LUMO能級,從而增強(qiáng)了電子注入且阻礙了從Au電極注入的空穴。熱處理、精細(xì)的界面修飾改善凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),控制π π堆積距離促進(jìn)載流子傳輸。優(yōu)化的頂柵底接觸器件結(jié)構(gòu)提高場效應(yīng)晶體管性能,介電層和柵電極的自封裝作用,極大的提高了器件穩(wěn)定性。最終制備了空氣中穩(wěn)定的OFETs,最高電子遷移率達(dá)到2.43 cm~2V-1s~(-1)。以上結(jié)果為n型聚合物材料的設(shè)計合成和聚合物OFETs器件的制備提供了一定的指導(dǎo)意義。2.設(shè)計合成優(yōu)異的雙極性材料,構(gòu)建空氣中穩(wěn)定,性能優(yōu)異的雙極性場效應(yīng)晶體管。引入弱電子受體1苯并噻二唑(BTZ)調(diào)控聚合物成膜性和能級結(jié)構(gòu),電子受體2為萘酰亞胺衍生物。引入硒吩增強(qiáng)分子鏈間的組裝,降低LUMO能級,提高遷移率。萬物都有兩面性,吸電子基團(tuán)的引入也會降低溶解度,使成膜性變差。調(diào)節(jié)分子量分布被證實(shí)可以改善溶解性,晶粒變大,結(jié)晶性變好,有利于載流子傳輸。熱處理、修飾半導(dǎo)體/介電層界面改善凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),控制π π堆積距離促進(jìn)載流子傳輸。修飾源漏電極降低功函數(shù)以縮小電極與半導(dǎo)體能級差,減小注入勢壘。優(yōu)化的頂柵底接觸器件結(jié)構(gòu)提高OFETs性能,介電層和柵電極的自封裝作用,極大的提高了器件穩(wěn)定性。最終制備了空氣中穩(wěn)定的OFETs,其最高電子遷移率為8.7 cm~2V-1s~(-1)、空穴遷移率為1.9 cm~2V-1s~(-1),電子遷移率為目前報道的共軛聚合物中的記錄值。以上結(jié)果為雙極性聚合物材料的設(shè)計合成及OFETs器件的制備提供了一定的指導(dǎo)意義。3.制備高度結(jié)晶的聚合物半導(dǎo)體凝聚態(tài)薄膜研究分子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)組裝和器件性能的關(guān)系,從而分析載流子傳輸?shù)臋C(jī)制。溶液剪切法制備基于聚合物PDDPTzBT的有序纖維膜器件,制備不同方向的器件,最高遷移率達(dá)到10 cm~2V-1s~(-1),是旋涂法制備薄膜器件性能的3倍。研究凝聚態(tài)與性能的關(guān)系,摻雜絕緣材料證明了有序纖維膜中的電荷傳輸各向異性并且沿主鏈方向?yàn)橹鳌Ｅc旋涂法制備的薄膜不同,高度有序的聚合物薄膜的分子排列為edge-on堆積模式為主,良好的堆積模式是電學(xué)性能優(yōu)異的原因之一。真空環(huán)境下測試聚合物PDDPTzBT器件電學(xué)性能,遷移率隨著溫度升高而升高表明了載流子傳輸方式為跳躍(hopping)模式。以上結(jié)果為聚合物OFETs的基礎(chǔ)理論發(fā)展和高性能OFETs的制備有一定的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:榪囧幓鐨勫嚑鍗佸勾閲，

本文編號：1457003