p-6P及p-4P誘導(dǎo)有機(jī)半導(dǎo)體生長的OFETs性能提高研究.pdf

1、有機(jī)場效應(yīng)晶體管（OFETs）因具有低功耗、靈活性高、材料來源廣以及適于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于電子紙、射頻卡、傳感器、大規(guī)模集成電路和柔性顯示器等方面。目前，OFETs中常用的P型及N型有機(jī)半導(dǎo)體材料種類單一，對于新型半導(dǎo)體材料的應(yīng)用較少。此外在制備OFETs器件過程中，有機(jī)半導(dǎo)體材料的成膜形態(tài)和質(zhì)量在很大程度上決定了其器件的性能。而具有高度有序、大尺寸及良好連續(xù)性的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜非常有利于載流子的輸運(yùn)，可有效提高器件的性能。

2、為此，本論文引入對-六聯(lián)苯(p-6P)和對-四聯(lián)苯(p-4P)作為誘導(dǎo)層材料分別應(yīng)用到傳統(tǒng)及新型的N型和P型OFETs器件中，結(jié)果表明與傳統(tǒng)的器件（未插入誘導(dǎo)層）相比，插入誘導(dǎo)層的器件其性能得到了很大的提高。論文的主要研究內(nèi)容包含以下幾個方面:
　　(1)利用真空熱蒸鍍的成膜工藝，將N型C60薄膜沉積在p-6P襯底上，發(fā)現(xiàn)C60能夠在p-6P薄膜的誘導(dǎo)下有序地生長，并形成致密的薄膜。制備了結(jié)構(gòu)為ITO/聚乙烯醇(PVA)/p-6P

3、/C60/Al的OFETs器件。測試結(jié)果表明，插入p-6P誘導(dǎo)層的器件其載流子遷移率達(dá)到0.794 cm2/Vs，開關(guān)電流比達(dá)到2.02×104，與對比器件ITO/PVA/C60/Al相比，遷移率和開關(guān)比均高出了一個數(shù)量級。通過電鏡測試發(fā)現(xiàn)，C60薄膜能夠在p-6P分子的誘導(dǎo)下呈球形有序的生長，薄膜均勻連續(xù)，使電子更有效地在其中傳輸，從而提高了器件的性能。
　　(2)以新型的并五苯衍生物為P型有機(jī)半導(dǎo)體材料，利用旋涂工藝制備了有源

4、層薄膜，進(jìn)而制備出OFETs器件。當(dāng)插入p-6P誘導(dǎo)層之后，器件的遷移率、電流開關(guān)比和閾值電壓分別達(dá)到0.2 cm2/Vs、105和10V。相比于未插入p-6P誘導(dǎo)層的器件，性能有了很大的提高。通過原子力顯微鏡(AFM)和掃描電子顯微鏡(SEM)的測試分析，發(fā)現(xiàn)本征的并五苯衍生物薄膜呈“魚骨狀”交替排列在一起。經(jīng)過p-6P誘導(dǎo)以后，很多小骨刺消失不見，分子排列顯得更加有規(guī)則，這對于器件的性能提高有很大的影響。
　　(3)選擇了一種

5、新型的N型半導(dǎo)體材料—苝四酰亞二胺的衍生物(PEPTC)來研究有源層薄膜的誘導(dǎo)生長及其場效應(yīng)特性。通過對OFETs電學(xué)特性的測試發(fā)現(xiàn)，在未插入p-4P誘導(dǎo)層之前， PEPTC材料在小于20V的柵壓下表現(xiàn)出了場效應(yīng)特性。而在引入p-4P誘導(dǎo)層后，OFETs器件的性能得到大幅提高。AFM和SEM掃描圖像顯示未插入誘導(dǎo)層時，PEPTC分子生長的沒有規(guī)律，而在6nm的p-4P薄膜誘導(dǎo)下，PEPTC分子由能夠有序的生長，形成高質(zhì)量、均勻的有源層薄

6、膜，進(jìn)而有利于器件性能的提高。
　　(4)以在P型酞菁銅（CuPc）OFETs器件為基礎(chǔ)，在有源層和絕緣層以及有源層和Al電極之間分別插入了5nm的p-4P誘導(dǎo)層和10nm的V2O5電極修飾層。兩者的協(xié)同作用使得器件的遷移率和開關(guān)電流比被分別提高到5×10-2 cm2/Vs和104。認(rèn)為p-4P能夠誘導(dǎo)CuPc薄膜更有序地生長，有利于載流子的輸運(yùn);并且V2O5緩沖層可以在有效調(diào)節(jié)載流子注入勢壘高度的同時，降低接觸電阻(RC)。此方