本文關(guān)鍵詞：基于開爾文探針力顯微鏡的有機(jī)半導(dǎo)體器件研究

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【摘要】：隨著功能納米材料與有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展,有機(jī)半導(dǎo)體器件因其具備低成本、材料來源廣、可大面積制備以及可應(yīng)用于柔性基底等優(yōu)點而備受研究者們的青睞。目前,有機(jī)半導(dǎo)體器件的發(fā)展還處于起步階段,許多機(jī)理有待深入研究。電荷在器件中的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移、傳輸、復(fù)合、捕獲等行為是影響器件性能的本質(zhì)因數(shù),而這些電荷行為歸功于材料的電學(xué)性質(zhì)和其結(jié)構(gòu)特點。因此,分析器件中材料的結(jié)構(gòu)特點和對應(yīng)的電學(xué)性質(zhì)是研究器件機(jī)理的關(guān)鍵。開爾文探針力顯微鏡(Kelvin probe force microscopy,KPFM)是一種能在納米尺度下同時獲得材料表面形貌和其對應(yīng)的電學(xué)性質(zhì)信息的技術(shù),已被廣泛用于表征納米材料的功函、界面偶極、能帶彎曲以及電荷陷阱等電學(xué)性質(zhì)。本文運用KPFM,研究了基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管(organic fieldeffect transistor,OFET)的納米浮柵型非易失性存儲器(non-volatile memories)和有機(jī)太陽能電池(organic solar cells,OSCs)兩種有機(jī)半導(dǎo)體器件體系,建立了多種從微觀上分析有機(jī)半導(dǎo)體器件中電荷行為的方法。本文第一章詳細(xì)的介紹了KPFM技術(shù)的發(fā)展和原理,解釋了其測量結(jié)果的含義,并介紹了KPFM在有機(jī)半導(dǎo)體器件微觀機(jī)理研究中的應(yīng)用。本文第二章以絕緣聚合物薄膜為體系,建立了運用KPFM探針在絕緣聚合物樣品上進(jìn)行電荷注入和測量的方法。本章首先通過分析儀器不同模式的工作特點,選擇了在峰值力輕敲模式下進(jìn)行電荷注入實驗,并運用C語言編程來精確控制探針行為以注電荷。然后,本章分析了環(huán)境因素和儀器參數(shù)對KPFM測量結(jié)果的影響,從而對KPFM進(jìn)行電荷測量進(jìn)行了條件優(yōu)化。同時,本章還建立了高壓注電荷和高電勢測量的方法。本文第三章運用KPFM對基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的非易失性存儲器中的納米浮柵層進(jìn)行電荷注入和測量,模擬了該器件工作過程中的微觀電荷行為。通過比較KPFM結(jié)果和器件測試結(jié)果,證實了該方法的可靠性,建立了從微觀上研究有機(jī)半導(dǎo)體器件中電荷捕獲機(jī)理的方法。本章最后還搭建了針對有機(jī)場效應(yīng)晶體管的在位KPFM表征實驗平臺,為研究處于工作狀態(tài)下的有機(jī)半導(dǎo)體器件的工作機(jī)制提供了一種方法。本文第四章運用KPFM對全聚合物太陽能電池中體異質(zhì)結(jié)的相分離進(jìn)行了研究。通過分析CPD(contact potential difference)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)KPFM不僅可以表征體異質(zhì)結(jié)表層的相分離,還能區(qū)分體異質(zhì)結(jié)的底部材料分布,這為納米結(jié)構(gòu)復(fù)合體系的面下成像提供了一種新的方法。本章還引入了參數(shù)R_q(表面輪廓均方根偏差,RMSD)來定量描述CPD圖的襯度,以此實現(xiàn)了對體異質(zhì)結(jié)相分離狀態(tài)的定量描述�；诖�,本章隨后研究了體異質(zhì)結(jié)的制備條件對相分離狀態(tài)的影響。最后,本章還搭建了光照下KPFM在位表征實驗平臺,研究了光照下體異質(zhì)結(jié)中的電荷行為。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN303

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本文編號：1288080