【摘要】：有機薄膜晶體管(Organic Thin-Film Transistors,OTFTs)是以有機小分子或者聚合物為半導(dǎo)體材料,獲得的器件具有邏輯開關(guān)場效應(yīng)特性的晶體管器件。由于其材料來源廣泛、制作工藝簡單、可滿足低成本大面積柔性化等諸多實際需求,使得其在電子紙以及有源矩陣顯示器的背板電路等諸多方面都有著巨大的潛在應(yīng)用價值。自1986年首個薄膜晶體管誕生以來,大量的實驗研究投入其中,經(jīng)過研究人員幾十年的努力,無論是器件結(jié)構(gòu)的改良還是器件材料的優(yōu)化都取得了很大的進展。目前,良好的有機薄膜晶體管器件性能早已超越單晶硅的水平,在學(xué)術(shù)以及商用價值上都吸引了廣泛地關(guān)注。絕緣層作為有機薄膜晶體管的重要組成部分,不僅影響著器件整體閾值電壓的高低,其界面的性質(zhì)以及內(nèi)在的有機結(jié)構(gòu)仍會進一步影響到有機半導(dǎo)體層材料的情況,進而影響器件遷移率等各項性能。因此,開發(fā)出新型且性能優(yōu)異的絕緣層材料已經(jīng)成為如今的研究重點。在本論文的第一章,我們簡要地回顧了有機薄膜晶體管的發(fā)展歷史以及應(yīng)用情況,介紹了有機薄膜晶體管的基本結(jié)構(gòu)以及工作原理,闡述了有機薄膜晶體管的評價參數(shù)以及工作曲線,概括了有機薄膜晶體管半導(dǎo)體材料以及絕緣層材料的種類與發(fā)展。在本論文的第二章,為了探究絕緣層材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對半導(dǎo)體結(jié)晶情況的影響,我們設(shè)計并合成了含有雙鍵結(jié)構(gòu)的單體以及含有苯環(huán)與氰基結(jié)構(gòu)的單體。將它們與對苯二甲酸羥乙酯和二環(huán)己基甲烷-4,4~’-二異氰酸酯進行聚氨酯聚合獲得絕緣層材料。制得的聚氨酯絕緣層薄膜擁有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性,其薄膜表面十分平滑,無針孔結(jié)構(gòu),且具有良好的感光性能。在聚氨酯絕緣層薄膜表面氣相沉積的六聯(lián)苯半導(dǎo)體分子的晶區(qū)尺寸隨著聚合物苯環(huán)含量的增加而不斷變小,晶粒數(shù)目不斷增加,證明了可以通過改變聚合物絕緣層官能團從而調(diào)控半導(dǎo)體材料結(jié)晶情況。而且以其制備的MIM器件,其介電常數(shù)達到了7.3。在本論文的第三章,為了更加優(yōu)化器件閾值電壓,我們設(shè)計并合成了含有氰基與聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的單體,然后將其進行聚氨酯聚合,獲得了三種不同單體比例的絕緣層材料,這些材料可以通過紫外曝光使其結(jié)構(gòu)內(nèi)的雙鍵結(jié)構(gòu)固化形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。其薄膜表面形貌相似,都十分平滑,無針孔,且聚合物薄膜表面均為疏水聯(lián)苯結(jié)構(gòu),可以與半導(dǎo)體分子具有更好的相容性。以這三種含有氰基與聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚氨酯聚合物絕緣層材料制備的p-6P/VOPc型有機薄膜晶體管具有較好的性能,而且隨著聚氨酯聚合物中聯(lián)苯含量的增加,器件閾值電壓越來越低,最佳優(yōu)化閾值電壓為-0.5 V。在本論文的第四章,為探究絕緣層材料主鏈與側(cè)鏈的差異性對OTFT器件性能的影響,我們設(shè)計并合成了三種不同單體比例的主鏈聯(lián)苯型聚氨酯絕緣層材料,這些聚氨酯聚合物絕緣層材料可以通過旋涂制備成膜,制得的聚氨酯絕緣層薄膜擁有良好的熱力學(xué)性能。以這三種主鏈聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的聚氨酯聚合物絕緣層材料制備的p-6P/VOPc型有機薄膜晶體管具有更加優(yōu)化的性能,通過主鏈聯(lián)苯型材料與側(cè)鏈聯(lián)苯材料的對比,我們發(fā)現(xiàn)主鏈型聯(lián)苯聚氨酯材料制得的器件閾值電壓偏高,這可能是由于在主鏈中引入聯(lián)苯基團后,材料整體對稱性加強,出現(xiàn)的鏈段翻轉(zhuǎn)與曲折會包埋所產(chǎn)生的偶極子。但是器件整體的性能還是較為優(yōu)異,可以看到隨著我們聚氨酯材料中聯(lián)苯含量的增加,器件閾值電壓在逐漸降低,最佳優(yōu)化閾值電壓為-5.5 V,這一結(jié)果明顯低于大多商用聚合物材料。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ317;TN325
【圖文】：

自 1998 年飛利浦實驗室以有機晶體管制成可商用的數(shù)字識別器以來，在射頻別領(lǐng)域，OTFT 器件也顯示出了很高的應(yīng)用價值[35]。經(jīng)過多年的發(fā)展，如圖 1所示，對于 OTFT 的應(yīng)用已經(jīng)深入到微電子產(chǎn)品、智能卡、生物傳感器和功能材料等諸多領(lǐng)域[36, 37]。

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文構(gòu)。由于底柵型器件對于穩(wěn)定性較差的半導(dǎo)體層材料的要求遠遠低于頂柵型器件而且頂柵型器件對于絕緣層的加工工藝較為苛刻，在器件的制作過程中對于半導(dǎo)體層生長形貌會有一定影響，大大降低了器件的性能，因此底柵型器件往往更多應(yīng)用于實際生產(chǎn)當(dāng)中。另一方面，底接觸電極模式（BC）是先制備源/漏電極然后再在電極上沉積半導(dǎo)體層，雖然這種結(jié)構(gòu)在工藝上對于有機材料的影響更低但是受到電極邊界占位的影響，半導(dǎo)體層表面形貌會因此更加粗糙，結(jié)晶排列有序度會大大降低，會有更多缺陷造成器件性能降低[38-40]，而頂接觸電極模式（TC就很好地避開了這個問題，半導(dǎo)體層形貌不會受電極存在的影響，對于載流子的遷移不會產(chǎn)生任何影響，器件性能往往優(yōu)于 BC 型器件。因此，本文對底柵頂接觸型有機薄膜晶體管進行研究。

【參考文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 宋林;酞菁銅有機薄膜晶體管器件的研究[D];北京交通大學(xué);2007年

本文編號：2727761