有机场效应晶体管绝缘层表面修饰的研究

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在信息化迅猛发展的今天,新型电子产品已经走入人们的视野。超市购物无需排队;显示器可折叠;智能手机微型化。这些美妙场景预示着晶体管正面临着一次革命:从传统的无机半导体晶体管向有机场效应晶体管(OFET)过渡。有机半导体材料与无机半导体材料相比,有突出的优势,其研究正如火如荼。然而,相对而言,关于OFET的界面性质提高方面的研究就比较少。因此,本文内容主要集中于绝缘层界面修饰对OFET器件性能影响的研究,具体研究内容如下:首先,本文简要介绍了OFET的研究进展及热点研究问题,总结了OFET的器件结构及各层材料,并介绍了OFET的基本工作原理。论述了有机半导体的导电类型和电学模型及以此得到的OFET主要参数。讨论了半导体生长理论、绝缘层表面能及粗糙度对器件性能的影响,并以此建立实验的理论依据。然后,我们制备了高性能OFET器件。研究了十八烷基硅烷(OTS)修饰对器件性能的影响。实验结果表明,在OTS修饰SiO2后,得到的有机半导体的薄膜有序度更高,表面形貌较为平整,迁移率增大;OTS优越的绝缘性使得开关比提高约三个数量级。在此基础上,我们深入研究了快速退火方式对OFET性能的影响,发现在快速方式退火得到的OTS薄膜上蒸镀得到的并五苯薄膜有序度大大提高,而且快速退火方式能够进一步降低表面陷阱密度,故迁移率增大,阈值电压减小。我们还选取了三种聚合物(聚甲基丙烯酸甲酯-PMMA、聚苯乙烯-PS、聚4-乙烯基苯酚-PVP)修饰SiO2绝缘层,探讨聚合物修饰对OFET性能的影响。实验结果表明,聚合物修饰后,最大陷阱密度降低,故迁移率增大。聚合物的优越绝缘性也使得开关比提高到105106。快速退火方式能够得到最高的有序度和较低的粗糙度,故可进一步优化并五苯薄膜性质,而且快速退火方式能够进一步降低表面陷阱密度,减小阈值电压,提高迁移率。同时,我们从偶极内建电场的角度分析了PVP修饰层得到的OFET阈值电压最低的原因,推测是PVP产生的偶极电场产生一表面势,降低了OFET的阈值电压。最后,简要总结全文并论述了OFET的发展趋势与应用前景。
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