有机场效应晶体管绝缘层表面修饰的研究汇总.pdf

摘要 在信息化迅猛发展的今天，新型电子产品已经走入人们的视野。超市购物无 需排队；显示器可折叠；智能手机微型化。这些美妙场景预示着晶体管正面临着 一次革命：从传统的无机半导体晶体管向有机场效应晶体管(OFET)过渡。有机 半导体材料与无机半导体材料相比，有突出的优势，其研究正如火如荼。然而， 相对而言，关于 OFET 的界面性质提高方面的研究就比较少。因此，本文内容主 要集中于绝缘层界面修饰对 OFET 器件性能影响的研究，具体研究内容如下： 首先，本文简要介绍了 OFET 的研究进展及热点研究问题，总结了OFET 的 器件结构及各层材料，并介绍了 OFET 的基本工作原理。论述了有机半导体的导 电类型和电学模型及以此得到的OFET 主要参数。讨论了半导体生长理论、绝缘 层表面能及粗糙度对器件性能的影响，并以此建立实验的理论依据。 然后，我们制备了高性能 OFET 器件。研究了十八烷基硅烷(OTS)修饰对器 件性能的影响。实验结果表明，在 OTS 修饰 SiO2 后，得到的有机半导体的薄膜 有序度更高，表面形貌较为平整，迁移率增大；OTS 优越的绝缘性使得开关比 提高约三个数量级。在此基础上，我们深入研究了快速退火方式对 OFET 性能的 影响，发现在快速方式退火得到的 OTS 薄膜上蒸镀得到的并五苯薄膜有序度大 大提高，而且快速退火方式能够进一步降低表面陷阱密度，故迁移率增大，阈值 电压减小。 我们还选取了三种聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯-PMMA、聚苯乙烯-PS、聚 4- 乙烯基苯酚-PVP)修饰 SiO2 绝缘层，探讨聚合物修饰对 OFET 性能的影响。实验 结果表明，聚合物修饰后，最大陷阱密度降低，故迁移率增大。聚合物的优越绝 5 6 缘性也使得开关比提高到 10 ~10 。快速退火方式能够得到最高的有序度和较低 的粗糙度，故可进一步优化并五苯薄膜性质，而且快速退火方式能够进一步降低 表面陷阱密度，减小阈值电压，提高迁移率。同时，我们从偶极内建电场的角度 分析了 PVP 修饰层得到的 OFET 阈值电压最低的原因，推测是PVP 产生的偶极 电场产生一表面势，降低了OFET 的阈值电压。 最后，简要总结全文并论述了 OFET 的发展趋势与应用前景。 关键词: 有机场效应晶体管，表面修饰，自组装，聚合物，表面能，粗糙度 I Abstract With the rapid development of information technology, displays, electronic paper, RF trademarks and other products have been into peoples vision. Remarkable development of the transistors has been achieved since the past half century. During supermarket shopping, without having to queue, the total amount of the cost can be quickly displayed only by pushing a shopping cart directly and walking through the detector; collapsible displays could be folded at any angle, which greatly saves space; miniaturized smart phones do carry easily; these wonderful scenes indicate that the transistors are facing another revolution: organic field-effect transistors (OFET) transit from the tra