有机单晶场效应晶体管的制备和性能研究

【摘要】有机半导体由于其可溶液法处理、柔性、廉价、可大面积制备等特点以及其在逻辑电路中的潜在的应用,因而备受研究人员的关注。其中有机场效应晶体管经过十年的研究和发展,取得了显著的进展。目前p型有机半导体已经取得很大的进展,部分半导体的性能已经超过了无定形硅。相比之下,n型和双极性半导体的整体发展不论是在迁移率、空气中稳定性等方面还是半导体的数量等方面都远远落后于p型有机半导体。我们组通过在苯并二茚并二噻吩共轭骨架上引入酮羰基和烯氰基实现了对其分子的能级结构的调控,获得了一系列基于苯并二茚并二噻吩衍生物的n型和双极性有机半导体材料,并对其薄膜器件进行了初步研究。为了更好地揭示材料的本征性能,研究材料结构与性能的关系,构筑高性能的器件,本论文进一步对n型和双极性苯并二茚并二噻吩衍生物的单晶场效应器件进行了相关研究,分析了分子结构与性能的关系,并且实现了其高性能单晶器件的构筑,这些结构为进一步的分子设计合成提供了很好的指导意义。主要内容如下：1.初步探索了单晶场效应的制备：首先通过溶液自组装的方式在Si/SiO2基底上修饰高质量的十八烷基甲氧基硅烷(OTMS)单分子层,其表面非常平整,均方根粗糙度为0.23nm。随后将其作为绝缘层蒸镀并五苯制备了薄膜场效应晶体管,其最高迁移率达到3.6cm2V-1s-1；其次初步探讨有机单晶的制备条件。2.通过物理气相传输法生长了C2-CN和C12-CN分子的微纳晶,并以金为电极构筑了C2-CN和C12-CN分子的单晶场效应晶体管。器件在手套箱和大气条件下均显示出良好的n型性能,C2-CN分子在手套箱和空气中的最高电子迁移率分别达到了1.3和0.53cm2V-1s-1,同时开关比达到105。3.通过滴注法制备了酮羰基取代的苯并二茚并二噻吩衍生物的单晶,并用TEM、XRD等对其结构进行表征,并结合单晶数据对其分子排列进行了分析,结果显示分子均呈层状堆积。基于这些材料的单晶制备了其相应的单晶场效应晶体管器件,在手套箱,所有分子均显示出典型的双极性电荷传输特性,其中基于C2-DQ的单晶器件获得了0.12和0.06cm2V-1s-1的电子和空穴迁移率。
【作者】周科；
【导师】张浩力；胡文平；
【作者基本信息】兰州大学，有机材料（专业学位），2014，硕士
【关键词】场效应晶体管；有机半导体；单晶；n型；双极性；

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