柔性低伏有机光电晶体管的制备及其光电性能研究

作     者：王贵恒 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱龙臻

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：低伏 有机光电晶体管 表/界面工程 电荷俘获效应 近红外光 

摘      要：低伏有机光电晶体管(OPTs)因其在低成本、柔性和可穿戴电子等领域的潜在应用而备受关注。为了获得良好的光响应性,可以使用高性能的有机半导体材料,控制有源层的形态或采用复杂的制造工艺来制造器件。采用这些方法增加了器件制备难度,因此,通过其他新策略改善OPTs的光响应性是必需的。电荷俘获效应通常被认为对晶体管性能有潜在的影响,然而,利用这种效应可以巧妙的增强OPTs的光响应性。本文以窄带隙共轭聚合物为有源层材料,制备了单组分柔性、低伏有机光电晶体管。通过调控单分子层物理化学性质制备具有陷阱态的绝缘层,并探究了不同的绝缘层/半导体界面对晶体管的光响应性的影响。具体内容如下:(1)利用表/界面工程,在氧化铝绝缘层表面组装膦酸单分子层,通过控制生长时间制备了不同陷阱态的绝缘层/半导体界面。以异靛蓝基共轭聚合物PBIBDF-BT为有源层制备了柔性、低伏有机光电晶体管,器件能够在5 V电压下工作,迁移率最高为5.03×10 cmVs,阈值电压为1.87 V,最大电流开关比为5.25×10。探究了不同界面对半导体层薄膜形貌以及器件光电性能的影响,测试结果发现:随着界面陷阱密度增加,器件迁移率降低,但由于界面陷阱态的存在,器件光响应性能得到提升。(2)为了更好的研究电荷俘获效应对器件光响应性的影响,以12 h生长时间的单分子层作为绝缘层,研究了n型PBIBDF-BT OPTs的近红外光响应。OPTs器件在980 nm近红外光照射下,最大光电流/暗电流比(P)为5×10,光响应度为20 mA/W,并且器件表现出优异的机械柔韧性和快速的光开关速度,上升时间为20 ms。OPTs表现出较高的光响应是由于绝缘层/半导体界面处的电荷俘获效应,促进了光生电子/空穴对的分离和传输,产生较高的光电流。(3)合成了具有不同化学性质端基的膦酸单分子层(C6N3),并将其用于氧化铝绝缘层的修饰,以吡咯并吡咯二酮衍生物(DPP-DTT)为有源层半导体制备了单组分高性能低伏光电晶体管,器件能够在-6 V电压下工作,迁移率最高为0.189cmVs。基于AlO/C6N3混合绝缘层的OPTs在808 nm光照下,最高的光暗电流比达到2.2×10,光响应度达到104 mA/W。