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溶液法制备柔性可贴合有机场效应晶体管及其性能研究

溶液法制备柔性可贴合有机场效应晶体管及其性能研究

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作者：周钰莹东北师范大学

学位级别：硕士

有机半导体的制备主要有气相制备和溶液制备两种方法。与气相制备法相比,溶液制备法具有成本低、工艺与设备简单、能耗低、产量高、适宜工业化大面积生产等突出优点。通过溶液法制备高性能、大面积柔性有机半导体器件是实现柔性智能电... 详细信息

有机半导体的制备主要有气相制备和溶液制备两种方法。与气相制备法相比,溶液制备法具有成本低、工艺与设备简单、能耗低、产量高、适宜工业化大面积生产等突出优点。通过溶液法制备高性能、大面积柔性有机半导体器件是实现柔性智能电子低成本制备的便捷途径。然而,目前基于溶液法制备的柔性可贴合有机场效应晶体管大都以薄膜作为有源层,其器件迁移率一般都比较低;与有机薄膜相比,有机晶体呈现出完美的分子有序性,并且没有晶界,更有利于制备高性能场效应晶体管。另外,广泛应用于柔性电子的大多数绝缘层都易溶于有机溶剂,与半导体溶液不兼容。这些都限制了溶液制备方法在柔性可贴合电子器件领域的应用。针对溶液法制备器件性能较低和绝缘层与半导体溶液不兼容这两个问题,本论文系统的研究了溶液法制备过程中的各项因素对半导体形貌和器件场效应性能的影响,通过优化提高了器件的性能。其次,选择了一种抗溶剂的柔性绝缘层c-PVA来解决半导体溶液和绝缘层的兼容性问题。具体研究内容如下:1.通过溶液法分别制备了基于小分子半导体tips-pentacene和聚合物半导体PCDTPT的场效应晶体管,系统地研究了溶液制备过程中各项因素对半导体形貌和器件性能的影响。实验结果表明只获得了小分子的单晶形貌,在利用倾斜滴注法,以氯苯为溶剂,生长温度为50℃时可以得到大面积取向一致,单根宽度约为5μm,表面光滑且规则的带状tips-pentacene单晶阵列,其基于SiO/Si衬底构筑的器件最高迁移率为0.2 cm V s;2.基于tips-pentacene单晶阵列场效应晶体管,采用PTS通过气相和液相两种方式对绝缘层表面进行修饰,并研究了液相修饰时间和气相修饰温度对tips-pentacene单晶场效应晶体管性能的影响。研究表明液相修饰时间为12 h时,器件迁移率达到最高值2.22 cm V s;气相修饰温度为60℃时,器件迁移率达到最高值1.41 cm V s;相比于未修饰SiO绝缘层的器件性能提高了一个数量级;3.通过选择抗溶剂的柔性绝缘层c-PVA,用溶液法制备了高性能柔性可贴合tips-pentacene场效应晶体管阵列,并研究了其器件性能和随形贴合特性。测得一个8×8器件阵列的最高迁移率可达2.22 cm V s,是目前报道的tips-pentacene柔性可贴合器件的最高值。利用全干的方法将器件阵列剥离后,整个器件的厚度仅约480 nm,器件阵列可随形贴合在任意物体上,贴合到人造手指甲上的最高值迁移率可达0.87cm V s。

关键词：溶液法有机场效应晶体管 tips-pentacene单晶阵列柔性可贴合器件阵列

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