基于PTCDA的绿光光敏有机场效应晶体管研制

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:climb_climb
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有机半导体材料以及光敏器件是近年来微电子学领域的研究热点。有机场效应晶体管(OFET)由于其具备可弯曲、可大面积制备、制备工艺简单等特点,有着极好的应用前景与潜力,光敏有机场效应晶体管(phot OFET)作为OFET的重要分支之一,在新型光电探测器方面具有极大潜力而受到广泛关注和研究。在众多光敏OFET研究中,针对绿光敏感的OFET研究相对较少,本论文即围绕绿光光敏phot OFET器件的研制展开工作。苝四甲酸二酐PTCDA(3,4,9,10-perylenetertra-caboxylic dianhydride)是一种典型的宽带隙光敏单体型有机半导体材料,吸收峰在500550nm之间,对绿光具有较好的光敏感性,有良好的光电特性。论文工作以PTCDA作为统一的绿光敏感材料,分别完成了四种结构的绿光光敏有机场效应晶体管的研制,包括单层结构和异质结结构,考虑到光敏吸收的效果,统一采用了平面异质结结构。四种器件结果简述如下:第一种器件:N型单层PTCDA phot OFET。输出特性呈现典型的N型输出饱和特性曲线,但受限于PTCDA较低的载流子迁移率,因此,输出电流非常微弱且阈值电压极高,无法实际应用。第二种器件:N型平面异质结C60/PTCDA phot OFET。输出特性呈现典型的N型输出饱和特性曲线,以C60/PTCDA平面异质结为半导体层,其中C60为电子传输层,栅压50V时,饱和漏电流近3000n A,阈值电压为-4.41V,饱和迁移率为0.78 cm2/(V·S),最大光暗电流比为815.98,器件的光响应度达到36.23m A/W。第三种器件:P型平面异质结TiOPc/PTCDA phot OFET。制备并表征了基于Si/SiO2衬底的TiOPc和TiOPc/PTCDA薄膜。光照条件下饱和迁移率提高到3.64×10-3 cm2/(V·s),阈值电压有所降低,减小为-4.10V,器件的最大光暗电流比为31.00,器件的最大光响应度为2.27A/W。第四种器件:P型平面异质结Pentacene/PTCDA phot OFET。制备并表征了基于Si/SiO2衬底的Pentacene和Pentacene/PTCDA薄膜。相比TiOPc/PTCDA phot OFET,输出电流增长了62.60%,器件的最大光响应度可达到19.62A/W,最大光灵敏度为56.15,光敏性能和电流电压特性均远远优于TiOPc/PTCDA器件。整体而言,N型特性的C60/PTCDA结构的光敏OFET在输出电流方面优于TiOPc/PTCDA和Pentacene/PTCDA结构,但其同型异质结的结构使得光敏特性的提高受到了限制,在光响应度方面低于另两种异型异质结结构的器件。P型特性的两种器件中,Pentacene/PTCDA结构整体性能明显优于TiOPc/PTCDA结构的器件,具有更好的电流输出特性和光敏特性。论文对四种器件的工艺进行了一定程度的优化,在文中给出了四种器件的具体工艺流程。
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