溶液法制备大面积有机晶态薄膜及其光电器件应用研究

作     者：张伊晗 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张小涛;杨方旭

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：有机场效应晶体管 大面积晶态薄膜 溶液法 低功耗 光子突触晶体管 

摘      要：有机单晶半导体材料具有结构可设计、无晶界、少杂质和低的缺陷态密度等优势,在有机场效应晶体管器件中表现出优异的载流子传输和光电响应特性。为了进一步推进有机半导体材料在电子皮肤、可穿戴设备等新兴电子领域的发展,获得大面积有机半导体晶态薄膜具有重要的意义。本论文主要聚焦大面积有机晶体薄膜的制备及其优化基于大面积有机晶体薄膜器件的电学性能,并拓宽其在新型光电器件的应用,主要内容如下:1、基于良好结晶能力的液晶分子,采用溶液剪切法制备了大面积高质量有机半导体晶态薄膜,进而优化电极-半导体接触界面的电荷注入效率,制备高性能的场效应晶体管器件,其中空穴迁移率高达13.89 cmVs,界面接触电阻低至889Ωcm。随后,我们进一步构筑了高性能的紫外光晶体管,在365 nm光照射下器件表现出优异的光响应性能,这为其进一步应用光子突触领域奠定了基础。2、基于小分子半导体-聚合物驻极体共混溶液,使用溶液剪切技术一步引入了电荷捕获功能层和超薄有机单晶沟道层,发展了栅极调控驻极体电荷捕获能力的新策略。超薄有机单晶薄膜结合了良好的电栅和光栅调控能力,进一步结合驻极体功能层在不同栅压下电荷捕获能力的不同,构筑了具有多种工作模式的有机光电功能器件,实现了光响应和光突触工作模式之间的切换,这为简化电路设计、实现多功能应用以及开发新型光电器件提供了借鉴。3、采用溶液剪切法在高介电常数氧化铝衬底上制备了大面积晶态薄膜,构筑了低功耗柔性光电晶体管阵列。其中,发展的低功耗柔性光晶体管阵列在-5V下展现了可达2.95×10 Jones的D~*值。此外,我们进一步构筑了光子突触功能器件,模拟了人类视觉系统的信息感知、存储和处理行为。器件在-0.1 m V源漏电压下就可以实现有效工作,一次突触事件的最低能耗仅为0.021 f J,远低于人脑功耗(1-10 f J),表明了该器件在神经形态电子领域的光明前景。