發(fā)布時(shí)間：2020-05-22 19:58

【摘要】：近年來(lái),有機(jī)半導(dǎo)體單晶材料由于其獨(dú)特的光電特性而備受關(guān)注。然而有機(jī)單晶p-n異質(zhì)結(jié)中有機(jī)單晶材料無(wú)序性與隨機(jī)性的生長(zhǎng)阻礙了其在大面積集成器件中的應(yīng)用。本論文中,我們針對(duì)這個(gè)問題發(fā)展了一系列基于溶液法制備陣列化有機(jī)單晶p-n異質(zhì)結(jié)的策略,實(shí)現(xiàn)了其在高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用,主要研究?jī)?nèi)容如下:一、有機(jī)p-n異質(zhì)結(jié)疊層單晶微米帶陣列的制備及其在雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用本工作中通過表面能誘導(dǎo)的逐步定位結(jié)晶的方法成功制備了大面積有機(jī)p-n異質(zhì)結(jié)疊層單晶微米帶陣列,所用的p型材料與n型材料分別為6,13-雙(三異丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-PEN)和傒酰亞胺衍生物分子(BPE-PTCDI)。在三維光刻負(fù)膠SU-8與十八烷基磷酸(ODPA)親疏水修飾的輔助下,我們成功地將p型以及n型微米帶的成核位點(diǎn)精確定位在具有高表面能的三維光刻膠模板的邊緣。同時(shí)利用了提拉的方法來(lái)為p型以及n型微米帶的生長(zhǎng)提供一致方向使它們能夠緊貼著三維光刻膠的側(cè)壁進(jìn)行生長(zhǎng),最終獲得了大面積且生長(zhǎng)方向高度一致的有機(jī)p-n異質(zhì)結(jié)疊層單晶微米帶陣列。最后基于p-n異質(zhì)結(jié)微米帶陣列構(gòu)筑了雙極性O(shè)FETs,測(cè)試得到的空穴與電子的遷移率十分的平衡,最高遷移率分別達(dá)到了0.526 cm2 V-1 s-1和0.342 cm2 V-1 s-1,這在目前基于小分子單晶材料的雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管已報(bào)道的工作中是最高的。且構(gòu)筑的器件性能均勻,同一基底上的40個(gè)器件的空穴與電子的平均遷移率也分別達(dá)到了0.45 cm2 V-1 s-1和0.27 cm2 V-1 s-1。為了探索該體系在有機(jī)集成電路中的應(yīng)用前景,我們構(gòu)筑了集成電路中的單元元件反相器。該反相器工作穩(wěn)定,在第一象限以及第三象限得到的電壓增益最高值達(dá)到了17。因此通過該方法,我們可以成功制備大面積有機(jī)p-n異質(zhì)結(jié)疊層單晶微米帶陣列。這種方法在構(gòu)筑大面積高性能的有機(jī)集成電子器件方面具有明顯的優(yōu)勢(shì),為未來(lái)有機(jī)集成電路的實(shí)現(xiàn)提供了一種全新的策略。二、有機(jī)體異質(zhì)結(jié)微米帶陣列的制備及其在雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用本工作通過水面拖涂有機(jī)半導(dǎo)體與聚合物聚苯乙烯(PS)混合溶液的方法成功制備了大面積有機(jī)p-n體異質(zhì)結(jié)微米帶陣列,所用的p型材料與n型材料分別為6,13-雙(三異丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-PEN)和苯并化合物(TIPSTAP)。我們還系統(tǒng)地研究了不同生長(zhǎng)條件(相分離速度、水面拖涂速度以及p型n型材料混合比例)對(duì)于微米帶陣列形貌以及載流子傳輸性能的影響�；诖擞袡C(jī)體異質(zhì)結(jié)微米帶陣列我們成功構(gòu)筑了雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管,空穴與電子的遷移率平衡,分別為0.06 cm2 V-1 s-1以及0.01 cm2 V-1 s-1,電流開關(guān)比高達(dá)106。且器件性能表現(xiàn)均勻,同一基底上的40個(gè)器件中空穴與電子的平均遷移率分別達(dá)到0.035cm2 V-1 s-1和0.007 cm2 V-1 s-1。另外基于此有機(jī)體異質(zhì)結(jié)微米帶陣列構(gòu)筑的反相器也展現(xiàn)出良好的器件性能,在第一象限以及第三象限得到的電壓增益最高值達(dá)到了16,這展示了有機(jī)半導(dǎo)體在高集成度有機(jī)電路中應(yīng)用的可能性。三、大面積有機(jī)半導(dǎo)體單晶薄膜的制備及其在單極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用本工作提出了一種飽和蒸汽輔助淺光刻負(fù)膠(SU-8)溝道誘導(dǎo)外延生長(zhǎng)大面積有機(jī)半導(dǎo)體單晶薄膜的方法。這個(gè)方法主要是利用1,2-二氯苯(DCB)飽和蒸汽的氛圍來(lái)增加C8-BTBT材料結(jié)晶的時(shí)間從而提高晶體的結(jié)晶質(zhì)量,并且利用具有5°的斜坡給有機(jī)晶體的生長(zhǎng)提供一個(gè)重力的剪切力,在淺光刻負(fù)膠溝道的誘導(dǎo)下使其可以沿著單一方向成核結(jié)晶,最終隨著溶劑揮發(fā)可以形成大面積的2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)單晶薄膜。通過此方法得到的單晶薄膜表面粗糙度低至12 nm,所能達(dá)到的最大面積為1.5 cm×1 cm,是目前報(bào)道的面積最大的有機(jī)小分子單晶薄膜。同時(shí)還系統(tǒng)地研究了光刻負(fù)膠溝道的深度對(duì)于生長(zhǎng)C8-BTBT單晶薄膜形貌的影響,并且結(jié)合高倍偏光顯微鏡原位表征了有機(jī)單晶薄膜的生長(zhǎng)過程,詳細(xì)地揭示其生長(zhǎng)機(jī)理。基于此大面積單晶薄膜構(gòu)筑的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFETs)器件,遷移率最高達(dá)到了0.9 cm2 V-1 s-1,且同一個(gè)基底上40個(gè)器件的平均遷移率也達(dá)到0.65 cm2 V-1 s-1,電流開關(guān)(Ion/Ioff)比達(dá)到106。器件工作具有良好的穩(wěn)定性,與商用的無(wú)定性硅晶體管性能相當(dāng)(遷移率0.1~1 cm2 V-1 s-1),這種大面積高性能的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管有望在將來(lái)的大規(guī)模有機(jī)電子集成器件領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,為有機(jī)器件的構(gòu)筑提供了一種新思路。
【圖文】：

圖 1-1-1 有機(jī)小分子材料遷移率發(fā)展史由于有機(jī)小分子的這些優(yōu)點(diǎn)，，基于有機(jī)小分子單晶材料的研的廣泛關(guān)注。目前比較典型的有機(jī)小分子半導(dǎo)體有并苯類[41,60]環(huán)分子（紅熒烯）[42]等。

（a）提拉 DBA 微米帶示意圖；（b-d）不同大小范圍內(nèi) DBA 微米帶光學(xué)顯09 年 Pei 課題組首先提出并將此方法應(yīng)用到有機(jī)小分子單晶材料面[58]。同年 Tong 及其合作者運(yùn)用提拉的方法獲得了大面積排列有超長(zhǎng)（幾百微米）DBA 微米帶單晶陣列（圖 1-2-1）[43]。具體制備方
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 常春蕊;趙宏微;刁加加;安立寶;;碳納米管用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用研究[J];科技導(dǎo)報(bào);2016年23期

2 張玉萍;;隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性分析[J];通訊世界;2017年03期

3 陳云生;;離子液體場(chǎng)效應(yīng)晶體管[J];電世界;2012年05期

4 王強(qiáng);曹偉東;章國(guó)安;陸健;;極化電壓與鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電流的穩(wěn)定性關(guān)系[J];南通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年02期

5 武建國(guó);;貼片場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理及檢測(cè)(上)[J];家電檢修技術(shù);2011年21期

6 武建國(guó);;貼片場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理及檢測(cè)(下)[J];家電檢修技術(shù);2011年23期

7 楊盛誼;陳小川;尹東東;施園;婁志東;;有機(jī)光敏場(chǎng)效應(yīng)晶體管研究進(jìn)展[J];半導(dǎo)體光電;2008年06期

8 Paul O’Shea;;研究者用碳60制造出高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管[J];今日電子;2008年04期

9 江興;;研究者用碳60制造出高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管[J];半導(dǎo)體信息;2008年04期

10 孫再吉;;碳60制作的高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管[J];半導(dǎo)體信息;2008年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳永真;;新型高耐壓大功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

2 趙廣耀;董煥麗;江浪;趙華平;覃翔;胡文平;;并五苯類似物單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其在乙醇?xì)怏w探測(cè)中的應(yīng)用[A];第十六屆全國(guó)晶體生長(zhǎng)與材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集-08納米晶體及其表征[C];2012年

3 孫向南;狄重安;王鷹;劉云圻;;高性能閾值電壓可調(diào)控場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)有機(jī)固體材料分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

4 黃學(xué)斌;朱春莉;郭云龍;張仕明;劉云圻;占肖衛(wèi);;卟啉-三并噻吩共軛聚合物的合成及其場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)有機(jī)固體材料分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

5 張亞杰;董煥麗;胡文平;;基于酞菁銅有機(jī)單晶微納米帶的雙極性場(chǎng)效應(yīng)晶體管及化學(xué)傳感器[A];全國(guó)第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會(huì)摘要集[C];2010年

6 劉南柳;周焱;彭俊彪;裴堅(jiān);王堅(jiān);;提拉法制備圖案化有機(jī)納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管[A];全國(guó)第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會(huì)摘要集[C];2010年

7 溫雨耕;狄重安;吳衛(wèi)平;郭云龍;孫向南;張磊;于貴;劉云圻;;硫醇修飾對(duì)N-型傒酰亞胺場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能的影響[A];全國(guó)第八屆有機(jī)固體電子過程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會(huì)摘要集[C];2010年

8 張賀豐;劉倩;申霖;華玉林;鄧家春;印壽根;;蘇氨酸場(chǎng)效應(yīng)晶體管電流異性的研究[A];2006年全國(guó)功能材料學(xué)術(shù)年會(huì)專輯[C];2006年

9 李誼;劉琪;王立偉;王喜章;胡征;;具有高遷移率及低閾值電壓特征的并五苯薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第5分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 謝暉;李玉桃;張國(guó)軍;;卟啉功能化的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器超靈敏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞釋放的一氧化氮[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第三分會(huì)：納米傳感新原理新方法[C];2016年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 鄭晉鳴 本報(bào)通訊員 孫好;“要瞄準(zhǔn)前沿，更要敢于引領(lǐng)前沿”[N];光明日?qǐng)?bào);2017年

2 記者 劉霞;美研制出新式超導(dǎo)場(chǎng)效應(yīng)晶體管[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

3 劉霞;隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管可為計(jì)算機(jī)節(jié)能99%[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

4 湖南 黃金貴 編譯;場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器的偏置點(diǎn)電路[N];電子報(bào);2013年

5 記者 吳長(zhǎng)鋒 通訊員 楊保國(guó);我科學(xué)家成功制備二維黑磷場(chǎng)效應(yīng)晶體管[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

6 劉霞;英美研發(fā)出首個(gè)高溫自旋場(chǎng)效應(yīng)晶體管[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

7 成都 史為 編譯;場(chǎng)效應(yīng)晶體管和晶體三極管[N];電子報(bào);2013年

8 本報(bào)記者 胡雅清;500億豪賭 京東方押寶高世代線[N];中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào);2010年

9 記者 張瑋煒;“高交會(huì)”大連展團(tuán)豐收[N];大連日?qǐng)?bào);2008年

10 成都 史為 編譯;接收500公里內(nèi)的FM信號(hào)[N];電子報(bào);2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄧巍;有機(jī)半導(dǎo)體微納單晶材料圖案化陣列的組裝及其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2017年

2 李東偉;基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的多功能有機(jī)光電器件研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2018年

3 宋麗;高效有機(jī)發(fā)光場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2018年

4 朱一鳴;二維過渡金屬硫族化合物電學(xué)性質(zhì)研究[D];重慶大學(xué);2017年

5 Hassan Ali;低維納米器件及應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所);2017年

6 蔣智;新型隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

7 王偉;有機(jī)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光和顯示驅(qū)動(dòng)[D];吉林大學(xué);2006年

8 楊茹;垂直溝道偶載場(chǎng)效應(yīng)晶體管（VDCFET）的研究[D];北京師范大學(xué);2004年

9 李誼;高性能有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究[D];南京大學(xué);2012年

10 肖永光;鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的保持性能與負(fù)電容效應(yīng)研究[D];湘潭大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉美玲;PTCDI-C13 N型薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能及其應(yīng)用研究[D];東北師范大學(xué);2018年

2 丁雪艷;基于柔性內(nèi)嵌電極制備有機(jī)單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其電路的研究[D];東北師范大學(xué);2018年

3 李夢(mèng)杰;紅熒烯單晶場(chǎng)效應(yīng)晶體管間互擾的研究[D];東北師范大學(xué);2018年

4 周陽(yáng);二維SnO及Cu摻雜SnO半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備與特性研究[D];遼寧師范大學(xué);2018年

5 張華野;低/高介電常數(shù)聚合物雙絕緣層場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究[D];北京交通大學(xué);2018年

6 茆健;有機(jī)單晶p-n異質(zhì)結(jié)陣列的制備及其場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究[D];蘇州大學(xué);2018年

7 劉嵐;新型有機(jī)鐵電場(chǎng)效應(yīng)憶阻器的電學(xué)特性研究[D];上海師范大學(xué);2018年

8 王代鵬;場(chǎng)效應(yīng)晶體管中對(duì)太赫茲信號(hào)響應(yīng)的研究[D];電子科技大學(xué);2018年

9 白慧芳;1T/2H MoS_2界面特性的研究[D];太原理工大學(xué);2018年

10 劉安琪;二維二硒化鎢光電性能的研究[D];北京交通大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2676526