利用有机空穴传输材料提升有机薄膜晶体管场效应迁移率的研究

【摘要】自从1986年第一个聚噻吩有机薄膜晶体管问世以来，有机薄膜晶体管凭借其有源层取材广泛、成本低、制备工艺简单等优点逐渐成为国内外的研究热点。有机薄膜晶体管可以实现“全有机”，因此制备的器件具有极好的柔韧性易于大面积制备、质量轻、可卷曲便于携带。随着有机薄膜晶体管性能的改善，其应用领域也越来越广泛包括：柔性显示、传感器阵列、无线识别标签、集成电路等。相信不久的将来有机薄膜晶体管会在人们的生活中会起到举足轻重的作用。本文从提升有机薄膜晶体管场效应迁移的角度出发，在论文第二章研究了绝缘层材料、有源层材料、源漏电极材料对有机薄膜晶体管性能的影响。首先采用旋涂法制备了1150nm的PMMA绝缘层薄膜，其粗糙度均方根仅为0.3nm，该薄膜具有良好的表面形貌有利于载流子在有源层和绝缘层界面附近传输。其次研究了并五苯和酞氰锌分子结构不同对有机薄膜晶体管场效应迁移率的影响，结果表明并五苯分子采用真空蒸渡的方法生长时比酞氰锌分子易于结晶、晶粒大，大的晶粒减少了晶界的数量、降低了晶界对载流子的散射作用，对迁移率的提升起到积极的作用，因此基于并五苯的有机薄膜晶体管场效应迁移率是基于酞氰锌器件的二倍多。最后研究了Au、Al电极对基于并五苯有机薄膜晶体管性能的影响，由于二者的功函数不同，载流子电荷从Al注入到有源层需要跨越0.7eV的势垒，相反采用Au作为电极则载流子可以很好的注入。在本论文的第三章中我们研究了表面形貌和注入势垒对接触电阻的影响。首先引入有机空穴传输材料N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺生长在源漏电极和有源层之间，发现其可以改善金半接触界面的表面形貌，有利于形成欧姆接触降低接触电阻，增加注入沟道内的载流子浓度，达到提升器件性能的目的。但是载流子从电极注入到有源层时有0.4eV的能级势垒。为了进一步优化器件，我们采用并五苯掺杂N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺体系，研究了二者的掺杂比例不同对有机薄膜晶体管性能的影响。发现二者比例为1:1时器件的性能达到最优：其迁移率为0.31cm2/Vs，阈值电压为-30.1V，开关比为1.3×103，与单纯的并五苯有机薄膜晶体管器件相比性能得到了明显的改善，迁移率与开关比提升了约3倍，阈值电压降低了约4.5V。
【作者】刘东洋；
【导师】程刚；赵毅；
【作者基本信息】吉林大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】有机薄膜晶体管；场效应迁移率；有机空穴传输材料；

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