低电压操作的柔性有机薄膜晶体管(OTFTs)的研究

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有机半导体材料是指具有半导体性质的有机材料,其导电能力介于金属和绝缘体之间,有机半导体材料与无机半导体材料硅、锗等相比具有其独特的优势。利用有机半导体材料制备的有机薄膜晶体管(organic thin-film transistor,OTFT)由于成本低廉、材料来源广泛、可以低温制备、与不耐高温的柔性衬底相兼容、适宜大面积加工,而且制备工艺也较简单等优势备受关注。可应用于柔性显示、智能标签、大规模集成电路、大面积传感器阵列、互补逻辑电路和超导材料制备等。可低温加工的有机半导体材料易于与各类衬底相兼容,例如玻璃、塑料、纸张等,所以有机场效应晶体管的突出优势更为明显,柔性衬底与有机半导体材料相结合制备的柔性有机场效应晶体管更因其价低、质轻、可被弯曲折叠等优良特性,在射频标签、柔性集成电路和柔性存储与显示等方面展现出广阔的应用前景,引起了科研人员的广泛关注。但是目前面临的是问题是大多数的柔性器件操作电压都普遍过高,造成有机电路的功耗过大。如何寻找突破点,成功制备出可在低电压条件下工作的柔性的有机场效应晶体管是实验研究的出发点,只有实现柔性OTFT的低电压操作才有望实现小电池驱动的便携式电子设备的出现,这将给人们的生活带来无限的乐趣,对整个社会起到推动作用。但是柔性器件也存在一些其特有的问题,像柔性衬底材料容易弯折变形,进而使柔性器件容易被损坏或是影响器件性能参数,而且柔性器件在操作过程中容易表现出不稳定,对环境敏感度高,与柔性衬底材料相兼容的低温、低成本的可溶液加工技术有待开发等都是需要科研人员通过不断努力来个个攻破的。正是基于低电压操作的柔性OTFT的广阔发展潜力,本文针对其目前的发展现状和存在问题,首先对如何获得低电压操作的柔性OTFT的绝缘层进行了深入的研究和制备,并进行对比实验择优选出使柔性OTFT性能最佳且操作电压最低的绝缘层材料,并测试其电学性能和机械柔韧性,最终成功获得具有良好机械柔韧性的低电压操作的柔性OTFT;随后,详细研究了不同弯曲方式对器件性能的影响,并探索其机理解释;然后,又研究了不同的后退火温度条件对低电压操作的柔性OTFT器件性能的影响;最后,根据对低电压操作的柔性OTFT的弯曲测试和热稳定测试,得出相应结论并给出总结。
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