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以有机膦酸/氧化铝为绝缘层的低伏柔性有机薄膜晶体管

以有机膦酸/氧化铝为绝缘层的低伏柔性有机薄膜晶体管

引用

作者：于凡凡合肥工业大学

学位级别：硕士

基于有机半导体材料的薄膜晶体管(OTFT)具有质量轻、柔韧性好并且可以与塑料衬底相容的特性,被认为是未来有机电子技术的关键组件,在印刷逻辑电路、显示器和传感器等领域具有广泛的应用前景。尽管有这些独特的优点,但是迄今为止,报道的... 详细信息

基于有机半导体材料的薄膜晶体管(OTFT)具有质量轻、柔韧性好并且可以与塑料衬底相容的特性,被认为是未来有机电子技术的关键组件,在印刷逻辑电路、显示器和传感器等领域具有广泛的应用前景。尽管有这些独特的优点,但是迄今为止,报道的绝大多数有机光电晶体管通常在超过| 20 |V的高电压下工作,这是主要的技术瓶颈,因为大多数目标设备需要在较低的电压(即低工作电压的有机薄膜晶体管。因此,研究低伏有机薄膜晶体管中的绝缘层的电学特性和表面形态是必要的。本论文的主要工作如下:(1)开发了一种制备平滑铝栅电极的剥离方法。与热蒸镀沉积的粗糙度为3.5 nm的铝相比,剥离的铝电极的粗糙度显着降低为0.9nm。对铝栅电极进行恒电位阳极氧化之后,氧化铝的粗糙度略有增加,为1.50nm。通过恒电位阳极氧化,并用正十八烷基膦酸改性的剥离氧化铝适合作为绝缘层,在-2 V的电压下,漏电流密度约为107A/cm-2,电容密度为0.114μF/cm2。剥离的恒电位阳极氧化AlOx作为绝缘层,DNTT作为半导体层的OTFT的迁移率高达0.53 cm2 Vs。作为OTFT的半导体层的DNTT具有450nm波长的光的光响应性,并且可以检测到5 μW/cm 2的弱光强度。(2)以PBIBDF-BT共轭聚合物为半导体层,正十八烷基膦酸表面修饰剥离的阳极氧化铝为绝缘层,制备了低伏有机薄膜晶体管,其迁移率为0.038 cm2 Vs,阈值电压为0.64 V,开关比为3.25×10。由于有机薄膜晶体管的半导体层为PBIBDF-BT共轭聚合物,具有近红外传感的性能。采用波长808 nm,光强45.6 mW/cm2的光照照射,在漏极电压VD = 5V,栅极电压VG=1V时,漏极电流增加0.7 nA,显示出近红外光传感的性能。(3)成功制备了具有功能基团的(6-叠氮基己基)膦酸,通过将(6-叠氮基己基)膦酸与炔端基PVP反应,修饰到氧化铝的表面作为绝缘层,电容密度为2.52×106F/cm2。在绝缘层表面生长并五苯半导体层,制作成器件,此器件可以在低电压,4V下工作。迁移率为0.025cm2Vs;阈值电压为.4V;开关比为1×10;亚阈值摆幅为0.69 V/dec。该性能虽然不高,但是验证了(6-叠氮基己基)膦酸在改性绝缘层表面性能方面的应用,为进一步制备功能化的器件提供了基础。

关键词：柔性低伏绝缘层有机薄膜晶体管光传感

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柔性低伏有机光电晶体管的制备及其光电性能研究

柔性低伏有机光电晶体管的制备及其光电性能研究

引用

作者：王贵恒合肥工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：低伏有机光电晶体管表/界面工程电荷俘获效应近红外光

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