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有机薄膜晶体管(OTFT)是一种由有机半导体,金属电极和绝缘层组成的场效应器件,它是有机集成电路的核心部件。OTFT具有制备温度低、易实现大面积、制备工艺简单、低的成本和易弯曲的特点,因此它具有很强的吸引力。目前,有机薄膜晶体管在其性能上已取得很大的进展。但还是有许多的挑战制约着OTFT在有机集成电路上的实际应用。OTFT阈值电压的有效调控就是其中一个挑战。众所周知:OTFT阈值电压的有效调控是实现OTFT低压开启和控制OTFT的工作模型的需要。对于有机薄膜晶体管,由于其迁移率很低,导致其有很大的阈值电压。因此,我们的工作主要集中在降低和调控有机薄膜晶体管的阈值电压。我们使用高介电常数的Ta2O5和Al2O3作OTFT器件的绝缘层。为了观察不同绝缘层对OTFT器件阈值电压的影响,制备了以Ta2O5和Al2O3、SiO2为绝缘层的pentacene-based OTFT器件,相对于SiO2为绝缘层的pentacene-based OTFT器件,Ta2O5和Al2O3做绝缘层明显地降低pentacene-based OTFT的阈值电压和改善其迁移率。Ta2O5绝缘层的pentacene-based OTFT器件具有低的阈值电压(-7 V)、高的迁移率(0.5 cm2/Vs)等好的电学性能。C-V测试表明, Ta2O5绝缘膜的陷阱密度最大,这可能导致器件差的稳定性。OTFT器件的电学稳定性表现为器件阈值电压的漂移,我们研究了OTFT器件的阈值电压的漂移与栅偏压时间的关系,结果表明Ta2O5 SiO2为绝缘层的pentacene-based OTFT器件展示最大的阈值电压漂移,而SiO2为绝缘层pentacene-based OTFT器件展示非常微弱的漂移。因此,器件阈值电压漂移与其陷阱密度大小有关,SiO2为绝缘层的pentacene-based OTFT器件具有相对较好的稳定性。对于OTFT器件,我们发现通过在pentacene掺入一层薄受体材料可以有效的控制器件的阈值电压,为了调控SiO2为绝缘层的pentacene-based OTFT器件的阈值电压,我们制备了氧化铜(CuO)夹层的并五苯基薄膜晶体管(CuO-embeded OTFT),并观察了其电学性能,结果发现,相对于纯并五苯基薄膜晶体管,CuO-embeded OTFT的迁移率被明显改善,其阈值电压被显著得减少。研究发现,CuO-embeded OTFT的迁移率源自于CuO与pentacene界面的电荷转移(CT)共混体的形成。形成的CT共混体减少了pentacene的空穴陷阱,改善了CuO-embeded OTFT的载流子的注入。其迁移率被提高,产生于CT共混体空穴导致器件电流增大,其阈值电压从-21 V漂移到-7.9 V。同时,当正栅偏压VGSO作用下的情况,发现CuO-embeded OTFT器件的迁移率不受影响起始栅压(VGSO)。所以,CuO与pentacene的界面掺杂不受正值起始栅压(VGSO)的影响,此时,在此逆向电场的作用下,CuO当作电荷产生层,电子和空穴在此逆向电场的作用下被分离。产生的电子被捕获在CuO与pentacene的界面处,由于CuO具有电子捕获能力和pentacene差的电子传导能力。所加的正栅偏压VGSO越大,电子捕获的数目就越多。被电子捕获诱导空穴,诱导的空穴影响的器件阈值电压的漂移。因此,通过改变转移特性曲线正值起始栅压(VGSO),控制晶体管电子的捕获数目,就可以控制器件的阈值电压的移动。CuO-embeded OTFT的被调控的阈值电压,在恒定的栅偏压和源、漏电压长时间作用下,其阈值电压表现稳定。因此,此调控阈值电压的方法是实用的。最后,我们制备了碘化亚铜(CuI)/铝(Al)为源、漏电极的并五苯(pentacene)基薄膜晶体管(OTFT)。相对于纯金属(Al, Au)电极的晶体管,本文研制的晶体管的迁移率、阈值电压(VTH)、电流开关比(Ion/Ioff)等参数都有明显改善。研究发现,在Al电极与并五苯半导体之间引入CuI作为空穴注入层,能够明显降低Al电极与并五苯之间的空穴注入势垒。紫外-可见光谱与X-射线光电子能谱数据表明,这种空穴注入势垒的降低源自并五苯和Al向CuI的电子转移。