电极缓冲层对有机薄膜晶体管性能改善的研究

【摘要】本论文就如何通过源漏电极缓冲层提高与改善并五苯基薄膜晶体管的性能以及性能改善的机理进行了研究。当源漏电极与并五苯有源层接触时，由于界面偶极层与金属化半导体层的作用，会在界面处引入大约1eV的空穴注入势垒，该势垒的存在导致空穴注入效率下降、器件性能降低。采用源漏电极缓冲层，一方面可以阻挡金向有源层中的扩散，避免金属化有机层的产生；另一方面可一定程度上抑制界面偶极层的形成。在本论文中，我们首先对金与并五苯接触界面性质进行了研究；其次利用4,7‐二苯基‐1,10‐菲罗啉（Bphen）对有机薄膜晶体管的源漏电极进行修饰；最后，为进一步提升器件性能采用P掺杂型缓冲层材料对源漏电极进行修饰，器件性能得到进一步提升。具体工作如下：1、采用有机聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为绝缘层材料制备了并五苯基有机薄膜晶体管，实现了全有机器件的制备，并对金源漏电极与并五苯有源层接触界面进行了分析。分析得出，采用热蒸发的方式生长金源漏电极，金会渗透进入并五苯有源层形成金属化有机层，该层的存在会导致金与并五苯之间出现空穴注入势垒，此外金与并五苯的接触界面还存在界面偶极层，偶极层的存在也引入了空穴注入势垒，二者的共同作用导致金与并五苯接触界面处形成一个大约1eV的空穴注入势垒，致使有机薄膜晶体管性能变差。2、利用有机材料Bphen作为缓冲层，对有机薄膜晶体管源漏电极进行修饰，并与传统的无机氟化锂缓冲层进行对比，研究发现Bphen是一种较氟化锂更为有效的缓冲层材料，并且Bphen制备温度低，易于实现低温制备。随后对Bphen缓冲层的厚度进行了优化，研究发现：当Bphen厚度较厚时（5nm），载流子不足以通过隧穿作用穿透缓冲层；当Bphen厚度较薄时（1nm），不足以在有源层上方形成连续致密的薄膜以阻挡金向并五苯有源层的扩散。最终，采用3nm的Bphen作为缓冲层，制备了性能较好的器件，该器件迁移率达到0.30cm2/VS，阈值电压达到‐31.2V。3、为进一步提升器件性能，采用P掺杂型缓冲层代替Bphen缓冲层。本文中采用氧化钼（MoOX）作为掺杂剂，分别对纯并五苯、m‐MTDATA以及m‐MTDATA掺杂纯并五苯进行了掺杂。研究结果表明，采用氧化钼、m‐MTDATA与纯并五苯进行三元掺杂的器件性能最为优越。这主要得益于三方面原因，首先是该层结构致密，可以阻挡金向并五苯有源层的扩散，抑制金属化有机层的生成；其次将氧化钼作为掺杂剂对m‐MTDATA进行P掺杂可以在缓冲层产生电荷转移络合物，该络合物有益于空穴从金电极一侧向并五苯有源层注入；最后将氧化钼作为掺杂剂对Pentacene掺杂可以改善源漏电极接触界面的表面平整度。三掺杂P型缓冲层综合上述三方面优点，因此采用三掺杂P型缓冲层的并五苯基有机薄膜晶体管性能得到极大改善，迁移率高达0.72cm2/VS，阈值电压仅为‐13.4V。
【作者】刘子洋；
【导师】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；缓冲层；Bphen；氧化钼；P掺杂；

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