基于開爾文探針力顯微鏡的有機半導體器件研究.pdf

1、隨著功能納米材料與有機電子學的發(fā)展，有機半導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用于柔性基底等優(yōu)點而備受研究者們的青睞。目前，有機半導體器件的發(fā)展還處于起步階段，許多機理有待深入研究。電荷在器件中的產(chǎn)生、轉移、傳輸、復合、捕獲等行為是影響器件性能的本質因數(shù)，而這些電荷行為歸功于材料的電學性質和其結構特點。因此，分析器件中材料的結構特點和對應的電學性質是研究器件機理的關鍵。開爾文探針力顯微鏡（Kelvin probe f

2、orce 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的電學性質信息的技術，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性質。本文運用KPFM，研究了基于有機場效應晶體管（organic field-effect transistor, OFET）的納米浮柵型非易失性存儲器（non-volatile memories）和有機太陽能電池（organic solar cells,

3、 OSCs）兩種有機半導體器件體系，建立了多種從微觀上分析有機半導體器件中電荷行為的方法。
　　本文第一章詳細的介紹了KPFM技術的發(fā)展和原理，解釋了其測量結果的含義，并介紹了KPFM在有機半導體器件微觀機理研究中的應用。
　　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行電荷注入實驗，并運用 C語言編

4、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測量結果的影響，從而對KPFM進行電荷測量進行了條件優(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對基于有機場效應晶體管的非易失性存儲器中的納米浮柵層進行電荷注入和測量，模擬了該器件工作過程中的微觀電荷行為。通過比較KPFM結果和器件測試結果，證實了該方法的可靠性，建立了從微觀上研究有機半導體器件中電荷捕獲機理的方法。

5、本章最后還搭建了針對有機場效應晶體管的在位KPFM表征實驗平臺，為研究處于工作狀態(tài)下的有機半導體器件的工作機制提供了一種方法。
　　本文第四章運用 KPFM對全聚合物太陽能電池中體異質結的相分離進行了研究。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結表層的相分離，還能區(qū)分體異質結的底部材料分布，這為納米結構復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)Rq