【摘要】：液相法是制備有機薄膜場效應(yīng)晶體管(OTFTs)中半導體層最常用的方法之一,其具有成本低、耗能少、設(shè)備與工藝要求簡單、適用于工業(yè)大規(guī)模制備等優(yōu)勢,因此得到了研究人員的廣泛關(guān)注。液相法現(xiàn)多用于生長有機小分子單晶陣列或薄膜,但受制于材料本身的可拉伸性,往往難以滿足人們對柔性電子器件的要求。與此相比,基于有機聚合物半導體材料制備的場效應(yīng)器件,具有質(zhì)輕價廉、可溶液法加工與柔性襯底相兼容等特點,使其在構(gòu)筑大面積柔性電子設(shè)備方面有著獨特的優(yōu)勢。由于聚合物大分子鏈的結(jié)構(gòu)性差異,其成膜規(guī)律與小分子材料有很大區(qū)別,通過傳統(tǒng)制備方法難以獲得高質(zhì)量聚合物薄膜。因此,優(yōu)化薄膜生長方法,制備高性能聚合物場效應(yīng)晶體管成為了近年來的研究熱點。本論文通過改進滴注與旋涂兩種傳統(tǒng)成膜方法,有效地提高了poly[4-(4,4-dihexadecyl-4H-cyclopenta[1,2-b:5,4-b′]dithiophen-2-yl)-alt-[1,2,5]-thiadiazolo[3,4-c]pyridine](PCDTPT)薄膜晶體管的電學性能,并基于此制備了柔性器件,具體如下:1.我們設(shè)計了一種新穎的疊片滴注方法,對上層襯底進行十八烷基三氯硅烷(OTS)修飾,利用疊片結(jié)構(gòu)中溶液在上下襯底表面張力的差異,在上層襯底上實現(xiàn)了溶液由內(nèi)而外的定向引導。這種方法能夠完全消除傳統(tǒng)滴注中的咖啡環(huán)效應(yīng),從而獲得大面積均勻的高質(zhì)量PCDTPT聚合物薄膜。我們在此基礎(chǔ)上制備了場效應(yīng)晶體管,其遷移率達到了0.97 cm~2V~(-1)s~(-1),這是當前該材料通過滴注法得到的最高性能。2.我們利用簡單的旋涂法,通過修飾絕緣層,調(diào)整溶液濃度、優(yōu)化退火條件和溶劑的種類,得到了高質(zhì)量PCDTPT聚合物薄膜,器件遷移率最高可達0.47cm~2V~(-1)s~(-1)。3.我們利用優(yōu)化后的疊片滴注法生長PCDTPT聚合物薄膜,以耐有機溶劑的c-PVA為絕緣層,構(gòu)筑了超薄柔性場效應(yīng)晶體管,器件具有優(yōu)異的隨形貼合能力,展現(xiàn)了在未來可穿戴電子領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN386;TB383.2
【圖文】：

.1 (a)柔性電子顯示；(b)可彎曲的電子書；(c)可拉伸集成電路；(d)可貼合電子場效應(yīng)晶體管簡介科學技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的無機半導體材料已經(jīng)不能滿足人們對柔，有機半導體器件以其獨特地物理特性開始獲得大家的關(guān)注。以有機表的有機電子器件開始廣泛應(yīng)用于電子傳感器[50]，有源矩陣顯示[51]效應(yīng)晶體管的發(fā)展歷程，早在 1970 年 D.F.Batbr[52]等人就在酞著分子征。但這一現(xiàn)象比沒有引起大家的關(guān)注。直到 1986 年 Tsumura 等人第一個有機場效應(yīng)晶體管。在早期的有機場效應(yīng)晶體管研究中，器件至 2012 年，U.Z.schieschang 等人通過對晶體管中源漏電極與半導體高電容的絕緣層材料，制備了遷移率高達 4.2 cm2V-1s-1的場效應(yīng)器件機半導體材料重新受到關(guān)注，同年，A.Y.Amin 等以高電容的 AlOX C13-BTBT 薄膜的 OFET 空穴遷移率達到 17.2cm2V-1s-1[53]。至此，有始迎來了黃金時代，有機場效應(yīng)晶體管遷移率不斷刷新。更令人驚訝

圖 1.3 有機單晶場效應(yīng)晶體管的輸出曲線（a）與轉(zhuǎn)移特性曲線（b）在轉(zhuǎn)移特性曲線中，隨著柵極電壓的變化，器件依次經(jīng)過關(guān)態(tài)、亞閾值區(qū)、飽和區(qū)和線性區(qū)。有機場效應(yīng)晶體管的四個基本參數(shù)載流子遷移率（μ）、亞閾值斜率（S）、閾值電壓（VT）和電流開關(guān)比（Ion/Ioff）均可以通過轉(zhuǎn)移曲線獲得。在場效應(yīng)晶體管的基本參數(shù)中，遷移率是衡量半導體導電性能的重要參數(shù)，代表單位場強下載流子的平均遷移速度，（其單位是 cm2V-1s-1）。通過有機場效應(yīng)晶體管的特性曲線我們可以計算出遷移率大小。由輸出曲線中電流公式（1-1）和（1-2）可以分別得到在線性區(qū)和飽和區(qū)的場效應(yīng)遷移率計算公式： 1- 4以飽和區(qū)的遷移率的計算為例，通過線性擬合飽和區(qū)中隨 VG變化曲線的斜率值

料分子的排列方式和薄膜的表面形貌也會影響載流子的傳輸。如圖 1相比，載流子在堆垛方向和分子骨架鏈方向上的傳輸能力較好[69,70]子骨架鏈沿著電流方向緊密有序排列時，相鄰鏈間的分子軌道重疊子在分子間躍遷的能力，有利于載流子的傳輸，所以緊密有序的有機到更高的遷移率。而且當分子有序堆積時，載流子需要穿透的晶界數(shù)少，所以器件性能比較優(yōu)異。另外，分子的緊密堆積還能阻止空氣中薄膜內(nèi)部，水氧無法捕獲分子層內(nèi)部的載流子，從而提高有機薄膜在

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