本文關鍵詞：有機薄膜晶體管的界面性能研究　出處：《華東師范大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：將晶體管等電子元件制備在柔性基底上進而構(gòu)筑柔性電子器件,是未來電子領域重點發(fā)展的方向之一,而基于無機晶體管的電子產(chǎn)品一般自身柔韌性較差,大多只能制備在剛性基底上。有機薄膜晶體管(OTFT)的出現(xiàn),為解決無機晶體管的發(fā)展問題提供了可行的思路。有機薄膜晶體管以其柔性、可溶液加工、材料來源廣、成本低廉等優(yōu)勢引起了人們的極大興趣,彌補了無機晶體管的不足。目前,有機薄膜晶體管的遷移率已達到實際應用的水平,但是對于同一種半導體而言,文獻中卻報道了差異巨大的遷移率數(shù)值。比如并五苯,文獻中遷移率范圍從0.03-6.3 cm2 V-1s-1。差異如此巨大,其原因無非就是不同研究者的器件工藝和結(jié)構(gòu)的差異所導致。有機薄膜晶體管工作過程中,電荷載流子的注入和傳輸決定著器件的性能。電荷的注入和輸出決定于源、漏電極和有機半導體之間的界面,這也是接觸電阻產(chǎn)生的主要地方;在半導體層和絕緣層之間界面上,導電溝道形成于界面附近的半導體層一側(cè),而電荷載流子就從這個溝道之間進行傳輸。在這個區(qū)域中的界面粗糙度、缺陷和電荷等對于載流子的傳輸和器件的遷移率有著非常重要的影響。有機薄膜晶體管中界面質(zhì)量的好壞直接決定著該器件性能的優(yōu)異與否。不論是理論研究還是器件制備工藝的改進,對于界面的優(yōu)化,一直是有機薄膜晶體管研究中的重要內(nèi)容。本文分別對電極和有機半導體層之間界面、絕緣層和有機半導體層之間界面進行了研究。首先,研究了電極和有機半導體層之間的界面。作為有機薄膜晶體管中的重要組成部分之一,電極對于器件的性能和電路制備有著極其重要的影響。傳統(tǒng)的金屬電極通常表現(xiàn)出與有機半導體較差的接觸質(zhì)量,尤其是在底接觸結(jié)構(gòu)中。開發(fā)合適的修飾金屬電極的材料和方法是一個有效的提升有機薄膜晶體管性能的方法,但是也是一件非常具有挑戰(zhàn)性的工作。針對這種情況,我們發(fā)明了一種共價鍵合修飾氧化石墨稀到有機薄膜晶體管金屬電極表面的修飾方法。這種選擇性的共價鍵合修飾方法可以兼容各種圖案化技術,而且這種共價鍵聯(lián)接的GO-金電極對于溶液處理過程表現(xiàn)出很強的牢固性。更重要的是,相比于裸金電極,這種GO-金電極對于p型和n型有機半導體都有很好的普適性,這對于p型和n型有機薄膜晶體管性能的提升有著很重要的影響。操作簡便、低溫、兼容各種圖案化技術、耐溶液處理、對于有機半導體的普適性和高性能的有機薄膜晶體管,使得該方法在有機電子學中的應用具有廣闊的前景。其次,研究了絕緣層表面自組裝單分子層對于有機薄膜晶體管性能的影響。通過對有機薄膜晶體管絕緣層二氧化硅表面修飾不同密度的十八烷基三氯硅烷(OTS),研究了不同密度單分子層對有機薄膜晶體管的性能影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)OTS單分子層修飾密度越高,有機薄膜晶體管器件性能越好,修飾高密度OTS的有機薄膜晶體管遷移率比不修飾OTS的器件遷移率高接近20倍。說明OTS的修飾密度對器件性能有著極大的影響,反應出絕緣層和有機半導層界面對有機薄膜晶體管性能有著決定性的影響。此外,通過改進絕緣層表面自組裝單分子層修飾方法,使器件性能得到了巨大提升。十八烷基三氯硅烷(OTS)單分子層的粗糙度對于有機薄膜晶體管的性能起著特別重要的影響,但是超平膜OTS單分子層的制備是一件具有技術挑戰(zhàn)性的工作。在第四章中,一種簡單的剝離PMMA的方法被用于去除OTS表面的殘留物和顆粒聚集物,這種方法可以作為一種后處理技術制備超平OTS單分子層。使用這種簡單的剝離方法,OTS的修飾可以通過常規(guī)的氣相沉積方法。原子力顯微鏡形貌測試證明了這些單分子層表現(xiàn)出極其平整的表面。沉積在這種超平OTS表面的有機半導體DNTT趨向于具有較大尺寸和更少邊界的二維層狀生長,這有利于電荷載流子的傳輸�；谶@種超平OTS單分子層,DNTT和PDI-8CN2有機薄膜晶體管的遷移率分別高達8.16cm2 V-1 s-1和0.30cm2 V-1 s-1,并且具有很高的重復性,這都顯著優(yōu)于未經(jīng)揭膜處理OTS的有機薄膜晶體管性能。這項工作解決了一個關于OTS修飾質(zhì)量的常見但是極其棘手的問題。其對于有機薄膜晶體管的性能提升和制備重復性具有非常重要的意義。
[Abstract]:The transistor and other electronic components prepared on flexible substrate, build a flexible electronic device, is one of the future direction of the electronic field focus on the development of electronic products, and inorganic transistors are mostly only based on its poor flexibility, prepared on the rigid substrate. The organic thin film transistor (OTFT) has provided a feasible way for the development of to solve the problem of inorganic organic thin film transistor transistor. With its flexible solution process, wide material source, low cost and other advantages has aroused great interest, to compensate for the lack of inorganic transistors. At present, the migration of organic thin film transistor has reached the level of practical application, but for the same kind of semiconductor, literature it is reported a huge difference in mobility. For example, five numerical and benzene, literature migration rate range from 0.03-6.3 cm2 to V-1s-1. such a huge difference, the reason is nothing more than Is the difference in device technology and structure of different researchers. The organic thin film transistor working process, injection and transport of charge carriers determines the performance of the device. The charge injection and the output depends on the source of leakage between the electrode and the organic semiconductor interface, which is the main place of contact resistance generated in the semiconductor layer; the interface between the insulating layer and the semiconductor layer, a conductive channel is formed on the side near the interface, and the charge carriers from between the channel for transmission. In this region the interface roughness, has very important effect on the migration rate of defects and charge for transmission devices and carriers. The interface quality of organic thin film the transistor directly determines the performance of the device is excellent or not. Both the theoretical research and fabrication process improvement, for the optimization of the interface, has been the organic film The important content in the research of this paper. The transistor on the interface between the electrode and the organic semiconductor layer of insulating layer and the interface between the organic semiconductor layer. First of all, between the electrode and the organic semiconductor layer interface. As an important part of the organic thin film transistor, electrode preparation has a great effect on the performance of and the circuit device. Conventional metal electrodes usually exhibit poor quality of contact with the organic semiconductor, especially in the bottom contact structure. Materials and methods suitable for the development of modified metal electrode is an effective method for improving the performance of organic thin film transistor, but is also a very challenging work for. In this case, we have developed a covalent modification of graphene oxide to the surface modification of organic thin film transistor metal electrode. This selective The covalent modification method can be compatible with a variety of patterning, and the GO- gold electrode connected to the covalent bond solution process showed a strong firm. More importantly, compared to the bare gold electrode, the GO- electrode has good universality for P type and N type organic semiconductor and it has a very important impact on the performance of the transistors P and N type organic thin film promotion. The operation is simple, low temperature resistance, compatible with a variety of patterning, solution treatment, for the organic semiconductor universality and high performance organic thin film transistor, the method has a broad prospect in the field of organic electronics. Secondly, influence of insulating layer on the surface of a self-assembled monolayer on the performance of organic thin film transistors were studied. Based on the organic thin film transistor insulating layer of silicon dioxide surface modified with different density of eighteen alkyl three chloro silane (O TS), study the different density of single molecular layer of the organic thin film transistor performance influence. The results showed that the OTS monolayer density is high, the performance of organic thin film transistor device better, organic thin film transistor modified high density OTS mobility than devices without modification of OTS migration rate close to 20 times. The modified density of OTS have a great effect on the performance of the device, in response to the insulating layer and the organic semiconducting layer on the performance of organic thin film transistors have a decisive impact. In addition, by improving the surface of an insulating layer of self-assembled monolayer modified method, the performance of the device has been a huge boost. Eighteen three alkyl chlorosilane (OTS) single molecule the roughness layer for organic thin film transistor performance plays a very important influence, but the ultra flat membrane OTS monolayer preparation is a technically challenging work. In the fourth chapter, a simple Method of stripping PMMA is used to remove residues and particles on the surface of OTS aggregates, this method can be used as a postprocessing technique for the preparation of ultra flat OTS single molecular layer. The use of the release in this simple way, OTS can be modified by conventional vapor deposition method. Atomic force microscope morphology test proved that the single the molecular layer showed extremely smooth surface. The deposition in this ultra flat organic semiconductor DNTT OTS surface tends to 2D growth with larger size and less boundary, which is conducive to the transmission of the charge carriers. This ultra flat OTS single molecule layer based on the migration of DNTT and PDI-8CN2 organic thin film transistor rate as high as 8.16cm2 V-1 S-1 and 0.30cm2 V-1 s-1, and has high repeatability, which is significantly better than the performance of organic thin film transistor removingfilm processing of OTS. This work solves a modified OTS The common but extremely difficult problem of quality is of great importance to the performance enhancement and reproducibility of the organic thin film transistors.

【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN321.5

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