發(fā)布時(shí)間：2020-06-13 07:07

【摘要】：有機(jī)材料的導(dǎo)電性及半導(dǎo)體性的發(fā)現(xiàn)可以追溯到上世紀(jì)八十年代,并逐步應(yīng)用在有機(jī)場效應(yīng)晶體管等光電器件中。在過去的二三十年中,多種功能性的有機(jī)半導(dǎo)體材料不斷被合成,有機(jī)場效應(yīng)晶體管器件性能也去的顯著發(fā)展,且已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用。與傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體材料相比,有機(jī)半導(dǎo)體材料擁有質(zhì)量輕、柔韌性高和拉伸性好等特點(diǎn)。同時(shí),有機(jī)半導(dǎo)體功能性薄膜的制備不僅擁有無機(jī)半導(dǎo)體工藝的兼容性,而且可以在低溫下通過液相的方法來實(shí)現(xiàn)大面積器件制備,能過有效降低設(shè)備要求和器件成本。此外,可以通過有機(jī)分子設(shè)計(jì)、合成和修飾實(shí)現(xiàn)特定的電學(xué)或光學(xué)性質(zhì);通過器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使得器件性能不斷提高。然而,相比無機(jī)半導(dǎo)體材料,有機(jī)半導(dǎo)體的整體遷移率還相對較低。有機(jī)電子器件并不是為了完全取代現(xiàn)今的無機(jī)半導(dǎo)體器件,而是作為某些應(yīng)用的補(bǔ)充和拓展,利用其擁有的獨(dú)特的無機(jī)半導(dǎo)體材料所不具備的特殊性質(zhì),滿足現(xiàn)實(shí)中不斷增長的實(shí)際需求。本文通過液相生長二維有機(jī)半導(dǎo)體薄膜,系統(tǒng)研究有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的制備及有機(jī)半導(dǎo)體/介電層界面處的載流子輸運(yùn),成功實(shí)現(xiàn)了高性能有機(jī)場效應(yīng)晶體管器件。該系列工作中不僅克服了長期存在的液相制備大面積單層分子晶體的現(xiàn)實(shí)難題,而且對于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的基礎(chǔ)輸運(yùn)等有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域的重要科學(xué)問題具有重要的指導(dǎo)意義;同時(shí),因?yàn)橐合嘀苽涞亩S分子單層晶體可以與不同材料可相結(jié)合,這為未來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)電子器件等技術(shù)研究展示了通用的途徑。本文的創(chuàng)新研究成果主要包括以下幾個(gè)方面:1.利用“懸浮的咖啡環(huán)效應(yīng)”,通過“氣流輔助快速結(jié)晶法”液相制備高質(zhì)量二維有機(jī)薄膜。調(diào)控不同的溶劑,濃度和氣流速度等參數(shù)對薄膜沉積的影響,優(yōu)化二維有機(jī)薄膜生長工藝,得到平整的C8-BTBT二維單晶薄膜。在此基礎(chǔ)上制備基于二維有機(jī)薄膜的場效應(yīng)晶體管器件,器件的平均載流子遷移率是4.8 cm2 V-1s-1,最高遷移率達(dá)到13.0 cm2 V-1s-1,這是二維有機(jī)薄膜器件中的最高性能。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)二維有機(jī)薄膜在實(shí)際器件中的應(yīng)用,我們進(jìn)一步采用高介電常數(shù)介電層(A10x)來降低器件工作電壓(-4V)同時(shí)保持較高的器件性能(平均遷移率是4.7 crrm2V-1 s-1,最高遷移率達(dá)到9.8 cm2V-1s-1)。2.創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)“反溶劑輔助旋涂法”液相制備大面積C8-BTBT單層單晶薄膜,通過對溶液濃度、旋涂速度和反溶劑的量等參數(shù)對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)控,優(yōu)化制備的單層薄膜。以此單層薄膜作為模板沉積的有機(jī)半導(dǎo)體層薄膜表現(xiàn)出更好的分子排列和結(jié)晶度�；谠摶旌现苽涞陌雽�(dǎo)體薄膜的場效應(yīng)晶體管表現(xiàn)出顯著提高的器件性能,平均載流子遷移率和最高遷移率達(dá)到9.8和11.3 cm2 V-1 s-1。我們進(jìn)一步將該方法應(yīng)用到有機(jī)場效應(yīng)晶體管陣列器件中,得到較好的器件性能。3.通過對有機(jī)半導(dǎo)體/介電層界面進(jìn)行系統(tǒng)性的研究,通過熱蒸鍍的方法成功在此界面處生長一層超薄的平躺的有機(jī)分子薄膜,能顯著提高器件的整體性能。并充分證實(shí)該超薄的鈍化層能夠有效鈍化界面處的極化作用,改善界面處的缺陷他密度分布,促進(jìn)載流子輸運(yùn)。進(jìn)一步,我們用超薄PMMA聚合物薄膜對此界面修飾也能得到類似的功能并發(fā)現(xiàn)該鈍化層能有促進(jìn)電極處載流子的注入,降低器件的接觸電阻。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN386

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本文編號：2710822