新型信息材料及其相关电子器件的探索与研究,是提升我国自主创新和科研开发水平,推动我国信息科学与技术发展的重要基础。有机电子学得益于在大面积、柔性、高透光性、低污染、低温度和低成本制造等方面的独特优势最近得到了迅猛的发展。新型共轭聚合物半导体材料,尤其是以施主-受主（D-A）聚合物为代表的一系列新型共轭聚合物半导体材料的出现引起了科研人员的广泛关注。目前已经报道的基于新型D-A聚合物的晶体管迁移率已经普遍超过了1cm2V-1s-1,超过了无定形硅晶体管的水平(最高值甚至已经接近100 cm2V-1s-1);而且这些共轭聚合物晶体管还表现出了超高的稳定性,也因此真正意义上具有了实用的价值。更重要的是,这些D-A聚合物材料具有接近于无定形的物理特性,可以通过简单的溶液旋涂或roll-to-roll卷轴印刷等低成本工艺来制造高性能器件,并拥有本征的可延展性和自我修复能力。这些特性使得共轭聚合物有机器件有望在很多领域取代目前主流的无定形硅、多晶硅乃至金属氧化物器件。新型共轭聚合物薄膜晶体管仍然存在以下待解决的问题。从电性能角度出发,新型共轭聚合物薄膜晶体管,不管是在迁移率、开关比、亚阈值摆幅或是栅漏电流稳定性等都逊于目前市场上最为成熟的单晶硅器件;从工艺角度出发,新型共轭聚合物薄膜晶体管尚无成熟统一的制备工艺来实现它们的均一化、高性能化、低成本化;从器件物理研究角度出发,目前对于大部分新型共轭聚合物薄膜晶体管器件机理的解释仍是简单沿用传统硅基器件物理模型,未根据新型共轭聚合物薄膜晶体管自身的特点来修正器件模型;从器件应用角度出发,新型共轭聚合物薄膜晶体管的集成度、功耗以及运行速度等都远未到达直接代替传统硅基集成电路的性能指标,需要从其它角度开发更适用于共轭聚合物器件本身特点的功能化应用。因此,为了推动新型共轭聚合物器件的实用化,本论文通过改善新型共轭聚合物薄膜晶体管的制备工艺实现了这类器件的电学性能提升,并深入研究了新型共轭聚合物薄膜晶体管的器件物理,提出了更适用于这类器件的电压电流传输模型,从而更准确的评估这类器件电学性能参数,最后利用共轭聚合物材料独特的耐辐照性以及全新的共轭聚合物薄膜晶体管器件结构,实现了新型共轭聚合物薄膜晶体管的抗辐照器件以及忆阻器件的功能化应用。本博士论文的主要研究工作及创新性成果简述如下:（一）半导体层厚度对DPPT-TT与IDT-BT共轭聚合物晶体管电学性能调控本工作使用两种新型共轭聚合物（IDT-BT以及DPPT-TT）去制备顶栅交错结构的共轭聚合物晶体管,以这两种晶体管为基础,研究半导体层厚度对顶栅交错结构的共轭聚合物晶体管电性能的影响。实验结果表明,共轭聚合物薄膜晶体管的阈值电压、亚阈值摆幅以及接触电阻这四个基本电学参数,随半导体厚度增加均出现先优化后恶化的类“V”字变化趋势,且这些参数均在半导体层厚度与源漏电极高度值接近一致时达到了最优值。当半导体厚度低于源漏电极高度值时,这些顶栅交错结构的薄膜晶体管的注入方式类似于传统共面结构的晶体管,它们的电荷注入特性受到严重限制,器件性能也因此显着降低。相反,当半导体厚度高于源漏电极高度值时,薄膜晶体管表现出典型交错结构的电荷注入特性,其电荷注入行为受到了渐厚半导体层的阻碍。上述实验结果表明,将共轭聚合物半导体层厚度调控到接近源漏电极高度可以使共轭聚合物薄膜晶体管工作性能最优化。（二）共轭聚合物薄膜晶体管载流子迁移率的准确提取迁移率作为共轭聚合物薄膜晶体管的公认的关键性能参数之一,通常,是基于饱和转移特性曲线的传统法提取的。然而,该模型最初是针对硅基的金属氧化物半导体场效应晶体管开发的,其成立的前提是基于欧姆接触以及能带传输模型的缓沟道近似理论。相反,共轭聚合物薄膜晶体管具有可变范围电荷跳跃传输和明显的非欧姆接触。因此,利用传统方法提取的共轭聚合物薄膜晶体管迁移率会出现不同程度的高估或低估,需要确立一种更可靠的方法来评估共轭聚合物薄膜晶体管的载流子迁移率。本工作提出了一种Y函数迁移率提取法（Y函数法）来实现共轭聚合物薄膜晶体管迁移率的准确提取。使用Y函数法与其它多种传统器件迁移率提取法对不同沟道长度、源漏电极材料的共轭聚合物薄膜晶体管进行迁移率提取与对比,证明了Y函数法提取迁移率的过程具备更高的线性拟合度,其提取的迁移率结果更加准确接近晶体管沟道本征场效应迁移率。Y函数法具备接触电阻修正作用,且不依赖于器件的沟道长度。实验结果证明,Y函数法可以被广泛的用于共轭聚合物薄膜晶体管本征迁移率的准确提取。（三）基于顶栅自对准效应对共轭聚合物薄膜晶体管的直接图形化研究在本工作采用简单的直接氧等离子体刻蚀技术代替传统光刻工艺对IDT-BT、DPPT-TT、N2200新型共轭聚合物薄膜晶体管进行直接图形化。该图形化方法利用顶栅的自对准效应,无需牺牲层的帮助,可以有效地去除引起栅漏电流的栅重叠层。经图形化处理后,共轭聚合物薄膜晶体管中的栅极漏电流可以抑制在10-9A以下,DPPT-TT薄膜晶体管的开/关比从5×104增加到了2×107,N2200薄膜晶体管的亚阈值摆幅从1.6 Vdec-1减小到了0.3 Vdec-1。经图形化处理后的共轭聚合物薄膜晶体管的电学参数分布范围都比未图形化前分布区间范围更窄,这表明经图形化处理后的晶体管具备更高均匀性和可重复性。实验结果表明,该低成本,简单的图形化方法可广泛用于改善共轭聚合物薄膜晶体管的电性能。（四）共轭聚合物薄膜晶体管的抗总剂量辐照效应研究本项工作系统的研究了总剂量辐照（TID）响应对共轭聚合物薄膜晶体管电性能的影响,使用以IDT-BT与DPPT-TT为半导体层材料,以PS、PMMA、PTFE以及Cytop为介电层材料的8种共轭聚合物薄膜晶体管用于总剂量辐照实验。实验结果表明,不依赖于共轭聚合物半导体材料,以PS作为介电层的（PS基）共轭聚合物薄膜晶体管具备最高的TID响应耐辐照性。以PS/IDT-BT共轭聚合物薄膜晶体管在经历近7.5 Mrad（Si O2）的TID辐照之后,仍可保持未辐照前95%以上的电性能参数,并且拥有超过1000天以上的器件使用寿命。基于该耐辐照器件单元,制造出了对应的耐辐照反相器逻辑单元,其耐辐照阈值也具备7.5Mrad以上,以太空轨道辐照剂量率0.01 rad/s为标准进行计算,可以推测出该反相器逻辑单元能在太空中稳定工作不受伽马射线至少20年以上。本工作给出了PS基共轭聚合物薄膜晶体管的抗辐照功能化应用的潜力。（五）基于不对称电极晶体管结构的共轭聚合物薄膜忆阻器本项工作提出了不对称电极的晶体管结构模型,从理论上证明了该模型可以用于构建共轭聚合物薄膜忆阻器。通过溶液法制备工艺,制得了基于IDT-BT、DPPT-TT以及N2200三种不同共轭聚合物半导体材料的忆阻器器件,从实验角度验证了上述不对称器件模型的普适性以及可行性。不仅如此,对于IDT-BT共轭聚合物薄膜忆阻器,实现了超过600 s的非易失性存储、143曲率弯曲度的柔性存储、超过三个电流数量级的多值存储、类神经突触行为的模拟以及仿真等,拓展了该类器件在柔性存储器件以及类脑神经器件模拟方向上的功能化应用。