本文選題：有機(jī)薄膜晶體管 + 表面能　； 參考：《合肥工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：噴墨打印的方法由于工藝簡(jiǎn)單、成本低廉且能精確圖案化等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。對(duì)于溶液法而言,通過(guò)工藝改進(jìn)對(duì)溶液法制備的有機(jī)半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)進(jìn)行取向控制能提高制備的有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)的性能。在眾多的取向控制原理中,對(duì)表面能進(jìn)行調(diào)節(jié)可以有效控制噴墨打印溶液的干燥行為,為底接觸OTFTs的噴墨打印制備提供了新的改進(jìn)思路。本文的主要研究為設(shè)計(jì)和構(gòu)建了不同材料的不對(duì)稱電極(擁有不同的表面能),對(duì)噴墨打印溶液進(jìn)行誘導(dǎo)形成取向生長(zhǎng)結(jié)晶,優(yōu)化有機(jī)薄膜晶體管的性能。在此框架下,我們研究了具體的制備參數(shù)與方法,及其對(duì)不對(duì)稱電極誘導(dǎo)作用的影響與微觀動(dòng)力學(xué)機(jī)制。主要內(nèi)容如下:(1)制備了底接觸金-銀不對(duì)稱電極器件,研究了半導(dǎo)體墨水在此結(jié)構(gòu)器件溝道處的干燥過(guò)程及內(nèi)部溶液的流動(dòng)過(guò)程。半導(dǎo)體溶液墨水在不同材料襯底上表現(xiàn)出的不同接觸角將打破液體/空氣界面處的表面張力與表面能的總體平衡。溶液內(nèi)部的表面張力存在梯度,在不對(duì)稱的馬蘭戈尼流的作用下使得溶液從接觸角較大的一側(cè)后退,形成橫跨溝道生長(zhǎng)結(jié)晶,提升了溝道處的電荷傳輸性能。對(duì)實(shí)驗(yàn)條件如襯底溫度、溝道長(zhǎng)度、噴墨打印點(diǎn)間距等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,分析了其對(duì)于薄膜形貌和器件性能的影響。對(duì)OTFT器件的接觸電阻與體電阻進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,明確了控制結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程工作的意義。在最優(yōu)條件下制備的OTFTs在遷移率上相對(duì)于原始器件有了近2.5倍的提升。同時(shí)多器件制備的均勻性也因?yàn)楸∧さ氖芸厣L(zhǎng)而得到了提升。(2)采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備石墨烯薄膜。對(duì)石墨烯生長(zhǎng)過(guò)程的工藝與參數(shù)進(jìn)行了研究,通過(guò)對(duì)薄膜形貌與電學(xué)性能的表征,確定了較優(yōu)的CH4氣流量為20 sccm,H2氣流量為20 sccm。通過(guò)拉曼光譜證明了在最優(yōu)條件下制備的薄膜為高質(zhì)量的單層石墨烯薄膜,可以用作器件電極材料。探究了不同的轉(zhuǎn)移與圖案化石墨烯電極的方法,通過(guò)形貌表征分析各方法的利弊,明確了采用先轉(zhuǎn)移后刻蝕的方法制備底接觸金-石墨烯不對(duì)稱電極器件。使用噴墨打印法制備器件有源層,半導(dǎo)體墨水在不對(duì)稱襯底的誘導(dǎo)作用下形成橫跨溝道生長(zhǎng)的結(jié)晶。在石墨烯與半導(dǎo)體材料能級(jí)不匹配的情況下,器件結(jié)晶形貌的優(yōu)化仍然使得遷移率相對(duì)原始器件有了 2倍的提升。本論文提出的具有誘導(dǎo)取向作用的器件結(jié)構(gòu)與其他提升OTFTs性能的方法在原理上有較好的兼容性,進(jìn)一步研究可以嘗試將不對(duì)稱結(jié)構(gòu)與其他方法相結(jié)合。
[Abstract]:Ink jet printing has attracted much attention due to its advantages of simple process, low cost and accurate patterning. For solution, the orientation control of organic semiconductor materials prepared by solution method can improve the performance of organic thin film transistors (OTFT) prepared by solution method. The adjustment of surface energy can effectively control the drying behavior of ink-jet printing solutions and provide a new way to improve the ink-jet printing of the bottom contact OTFTs. The main research of this paper is to design and construct the asymmetric electrodes of different materials (with different surface energy), and to induce the ink-jet printing solution to form the orientation growth crystallization. The properties of organic thin film transistors are studied. Under this framework, we have studied the specific preparation parameters and methods, and their effects on the induction of asymmetric electrodes and the mechanism of microdynamics. The main contents are as follows: (1) the asymmetric electrode devices with bottom contact gold and silver are prepared, and the drying of semiconductor ink in the channel of this structure is studied. The different contact angles displayed on the substrate of the semiconductor solution ink will break the overall balance between the surface tension and the surface tension at the liquid / air interface. The surface tension in the solution exists in a gradient, which makes the solution from a larger contact angle under the action of the asymmetric Ma Nago flow. The growth crystallization of the channel across the channel is formed and the charge transmission performance at the channel is enhanced. The experimental conditions such as the substrate temperature, channel length, and the distance between the ink-jet printing point are systematically studied. The influence on the film morphology and device performance is analyzed. The contact resistance and the body resistance of the OTFT device are systematically analyzed. The significance of controlling the crystallization of the growth process is true. The OTFTs prepared under the optimal conditions has a nearly 2.5 times higher mobility than the original device. At the same time, the uniformity of the multi device is also promoted by the controlled growth of the film. (2) the graphene film is prepared by chemical vapor deposition (CVD). The process and parameters of the process are studied. Through the characterization of the morphology and electrical properties of the film, the better CH4 gas flow rate is 20 SCCM and the H2 gas flow rate is 20 sccm.. The thin film prepared under the optimal condition is proved to be a high quality monolayer graphene film, which can be used as the device electrode material. The advantages and disadvantages of each method are characterized by the method of characterizing the graphene electrode with the pattern, and the asymmetric electrode device of the bottom contact gold graphene is prepared by the method of first transfer and etching. The active layer of the device is prepared by the ink-jet printing method. The semiconductor ink is induced by the asymmetric substrate to form the crystallization across the channel. In the case of the mismatch between the energy level of the graphene and the semiconductor material, the optimization of the crystal morphology of the device still makes the mobility of the device 2 times higher than that of the original device. The device structure with inducible orientation in this paper has a good compatibility with other methods for improving the performance of the OTFTs. Further research can be tried. Unsymmetrical structure is combined with other methods.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN304.5;TN321.5

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本文編號(hào)：1935582