基于电极界面调控提高OTFT注入效应的研究

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有机薄膜晶体管(OTFT)具有材料来源广泛、可用于柔性衬底和大规模生产以及生产工艺简单等优点,在有机逻辑功能电路、OLED显示技术等领域有很大的发展潜力。在影响OTFT器件性能的诸多因素中,金属—半导体界面接触质量是一个非常重要的方面。实际上,由于电极与半导体能级不匹配,大部分金属—半导体的接触都为肖特基接触。因此,本文基于调控电极界面功函数的方法来进行提高薄膜器件注入效应的研究。首先,本文通过金属电极材料与酞菁铜组成金属—半导体接触界面,并分析此接触界面的能级结构和内建电场,探究金属功函数对接触电阻的影响。分析不同电极材料对OTFT接触电阻的影响,探究金属功函数对OTFT器件性能的影响。采用MoO3修饰金属电极的方法,提高酞菁铜HOMO能级,从而降低金属—半导体界面的接触势垒,从而提高OTFT器件的载流子迁移率。其次,通过对MoO3电极修饰层的厚度进行优化实验,得到其器件性能最佳优化厚度。通过多次实验对比三组不同MoO3修饰层厚度(0nm,4nm,8nm)的输出特性曲线,可知4nm插入层比8nm插入层对OTFT器件性能的提升更为明显。通过分析可知,MoO3虽然可以降低接触界面的肖特基势垒,但是MoO3为绝缘体,过大的厚度相当于一连串的电阻串联,反而影响载流子的传输。再次,通过采用非对称电极的方法,提高OTFT器件的电流开关比。采用非对称电极(源极和漏极采用不同金属材料)结构,使电极与酞菁铜之间接触势垒提高,从而提高电极与酞菁铜接触界面的接触电阻,降低OTFT器件的关态电流。而当器件处于开态时,在一定的栅压作用下,沟道内载流子数目急剧增多,此时由非对称电极产生的接触势垒对器件的开态电流影响变的很小,因此OTFT开关比得到提高。最后,在实验室条件下,以酞菁铜为半导体材料,不同的电极组合制备了三种非对称电极结构的OTFT(Ni-Ag、Ag-Ni、Ni-Ni)。并分别对它们的接触电阻,源漏电流,输出特性曲线和转移特性曲线进行测量和分析,得到非对称电极结构对提高载流子迁移率和器件开关比有明显作用。
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