基于非對稱結(jié)構(gòu)的有機半導(dǎo)體噴墨打印工藝及其取向機制研究.pdf

1、噴墨打印的方法由于工藝簡單、成本低廉且能精確圖案化等優(yōu)點而備受關(guān)注。對于溶液法而言，通過工藝改進(jìn)對溶液法制備的有機半導(dǎo)體材料的生長進(jìn)行取向控制能提高制備的有機薄膜晶體管(OTFT)的性能。在眾多的取向控制原理中，對表面能進(jìn)行調(diào)節(jié)可以有效控制噴墨打印溶液的干燥行為，為底接觸OTFTs的噴墨打印制備提供了新的改進(jìn)思路。
　　本文的主要研究為設(shè)計和構(gòu)建了不同材料的不對稱電極（擁有不同的表面能），對噴墨打印溶液進(jìn)行誘導(dǎo)形成取向生長結(jié)晶，優(yōu)

2、化有機薄膜晶體管的性能。在此框架下，我們研究了具體的制備參數(shù)與方法，及其對不對稱電極誘導(dǎo)作用的影響與微觀動力學(xué)機制。主要內(nèi)容如下:
　　(1)制備了底接觸金-銀不對稱電極器件，研究了半導(dǎo)體墨水在此結(jié)構(gòu)器件溝道處的干燥過程及內(nèi)部溶液的流動過程。半導(dǎo)體溶液墨水在不同材料襯底上表現(xiàn)出的不同接觸角將打破液體/空氣界面處的表面張力與表面能的總體平衡。溶液內(nèi)部的表面張力存在梯度，在不對稱的馬蘭戈尼流的作用下使得溶液從接觸角較大的一側(cè)后退，形成

3、橫跨溝道生長結(jié)晶，提升了溝道處的電荷傳輸性能。對實驗條件如襯底溫度、溝道長度、噴墨打印點間距等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，分析了其對于薄膜形貌和器件性能的影響。對OTFT器件的接觸電阻與體電阻進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，明確了控制結(jié)晶生長過程工作的意義。在最優(yōu)條件下制各的OTFTs在遷移率上相對于原始器件有了近2.5倍的提升。同時多器件制備的均勻性也因為薄膜的受控生長而得到了提升。
　　(2)采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法制備石墨烯薄膜。對石墨烯生長過

4、程的工藝與參數(shù)進(jìn)行了研究，通過對薄膜形貌與電學(xué)性能的表征，確定了較優(yōu)的CH4氣流量為20sccm，H2氣流量為20sccm。通過拉曼光譜證明了在最優(yōu)條件下制備的薄膜為高質(zhì)量的單層石墨烯薄膜，可以用作器件電極材料。探究了不同的轉(zhuǎn)移與圖案化石墨烯電極的方法，通過形貌表征分析各方法的利弊，明確了采用先轉(zhuǎn)移后刻蝕的方法制備底接觸金-石墨烯不對稱電極器件。使用噴墨打印法制備器件有源層，半導(dǎo)體墨水在不對稱襯底的誘導(dǎo)作用下形成橫跨溝道生長的結(jié)晶。在石