高性能有机薄膜晶体管(OTFT)制备及其导电机制

详细介绍了在SiO2和高kHfO2介质层上制备并五苯薄膜晶体管方面的研究,特别是利用原子力显微技术(AFM)和静电力显微技术(EFM)研究了并五苯分子初始生长模式,揭示了衬底形貌、表面化学性能(包括化学清洗和聚合物层修饰)对有机半导体成膜结构和薄膜场效应晶体管性能之间的关联,包括晶体管迁移率、开关比和阈值电压等;针对并五苯初始生长成核模式的差异,分析了不同岛(畴)间畴边界对载流子在有机薄膜内输运的影响,有助于理解有机半导体薄膜导电机理。通过优化和控制介电层和有机半导体薄膜层的界面化学性质,在SiO2介质层上成功制备出迁移率为1.0cm2/V.s、开关电流比达到106的OTFT器件;在高kHfO2介质层上获得的OTFT器件的工作电压在-5V以下,开关电流比达到105,载流子迁移率为0.6cm2/V.s;器件性能指标已经达到目前国际上文献报道的最好水平。     

聚酰亚胺为栅绝缘层的并五苯场效应晶体管

以真空蒸发的有机半导体材料并五苯为有源层,以旋涂的聚酰亚胺作为栅绝缘层,以真空蒸发的Al为栅、源和漏电极,成功制作了顶接触式并五苯有机场效应晶体管(OFET).测试表明,在源漏电压为70 V时,器件的载流子迁移率μ为0.079 cm2/V·s,器件的开关电流比为1.7×104.     

聚合物薄膜晶体管的制备及性能

以硅材料衬底作栅电极,在衬底上依次制备二氧化硅栅介质层、聚合物MEH-PPV薄膜半导体层和金源、漏电极,成功地得到了聚合物薄膜晶体管.器件的制备和测试都是在空气环境中完成.该薄膜晶体管呈现出较好的场效应晶体管饱和特性,器件的载流子迁移率为5.0×10-5 cm2/(V·s),开关电流比大于2×103.通过在氮气氛下对聚合物薄膜进行退火处理以及聚合物薄膜沉膜前对二氧化硅表面修饰可以适当地提高器件的载流子迁移率.     

并五苯有机薄膜晶体管电学性能研究

制作了以并五苯为半导体有源层材料的有机薄膜晶体管。用热氧化的方法制备了一层230nm的二氧化硅栅绝缘层并用原子力显微镜(AFM)分析了表面形貌。研究了器件的电学性能,得到的并五苯有机薄膜晶体管器件载流子迁移率为8.9×10-3cm2/V.s,器件的阈值电压和开关电流比分别为-8.2V和1.0×104。     

绝缘层/有源层界面修饰及对有机薄膜晶体管性能的影响

制备了具有修饰层的有机薄膜场效应晶体管,采用高掺杂Si作为栅极,传统的无机绝缘材料SiO2作为栅绝缘层,有机绝缘材料PMMA或OTS作为修饰层,CuPc作为有源层,Au作为源、漏极.测试结果表明,采用经过修饰的栅绝缘层SiO2/OTS和SiO2/PMMA的两种器件的开关电流比最高可达8×104,迁移率最高为1.22×10-3cm2/(V·s),而漏电流仅为10-10A,总体性能优于单层SiO2器件.     

绝缘层/有源层界面修饰及对有机薄膜晶体管性能的影响

制备了具有修饰层的有机薄膜场效应晶体管,采用高掺杂Si作为栅极,传统的无机绝缘材料SiO2作为栅绝缘层,有机绝缘材料PMMA或OTS作为修饰层,CuPc作为有源层,Au作为源、漏极.测试结果表明,采用经过修饰的栅绝缘层SiO2/OTS和SiO2/PMMA的两种器件的开关电流比最高可达8×104,迁移率最高为1.22×10-3cm2/(V·s),而漏电流仅为10-10A,总体性能优于单层SiO2器件.     

具有双绝缘层的有机薄膜晶体管

为了提高SiO2单绝缘层器件的性能,在SiO2绝缘层的表面用旋涂的方法制备一层大约50 nm厚度的PMMA.实验结果表明用无机/有机双绝缘层可以有效的提高器件的性能同时降低器件的漏电流.计算出了载流子迁移率和开关电流比,基于PMMA/SiO2双绝缘层器件的载流子迁移率和开关电流比分别是4.0×10-3cm2/Vs和104.     

有机场效应晶体管最新实验研究进展

介绍了近两年新报道的有机半导体材料,列举了其场效应性能参数;综述了有机场效应晶体管(OFET)在器件结构上的改进,重点阐述了基于常见有机功能层材料富勒烯及其衍生物、并五苯、聚3-己基噻吩的OFET对栅介质层及有机功能层与电极的界面的改进,讨论了器件结构改进对OFET阈值电压、开关比、载流子迁移率的影响;介绍了衬底温度、退火处理对OF-ET性能的影响。最后,针对有机场效应晶体管研究现状,指出未来研究中应注重开发高迁移率、高薄膜稳定性的有机功能材料和高介电常数、高成膜质量的有机栅介质材料,继续优化器件结构,改进制备工艺以提高器件性能。     

基于沟道及电极修饰的酞菁铜场效应晶体管的性能提高研究

利用对四联苯p -4P 以及五氧化二钒V2O5同时修饰导电沟道及源/漏电极,大幅 提高了基于酞菁铜CuPc场效应晶体管的性能。本文通过在绝缘层SiO2和有源层CuPc 之间插入p-4p缓冲薄层,同时在源/漏电极Al与有机半导体之间引入电极修饰层V2O5, 使得CuPc场效应晶体管的饱和迁移率和电流开/关比分别提高到5×10-2cm2 / V s和 104。p -4P能够诱导p型CuPc形成高度取向的连续薄膜,使得载流子能够在有源层中 更好地传输;而V2O5能够调节载流子的注入势垒,并可有效地降低沟道接触电阻(Rc)。 此方法能够在降低器件制备成本的前提下,大幅提高器件的性能。     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管.作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si(100)(14.0～20.0 Ω·cm)衬底上.场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm,源极、漏极和栅极(Au)的厚度均为50nm,绝缘层SiO2的厚度为300nm,沟道宽度为190μm,沟道长度为15μm.用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌,并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响.在薄膜生长速率为0.24和1.36 nm/min时,场效应管的载流子迁移率分别为2.7×10-4和2.2×10-6 cm2/(V·s).     

表面修饰的ZnPc薄膜晶体管性能研究

以热生长的SiO2作为栅绝缘层,酞菁锌(ZnPc)作为有源层,研究了具有十八烷基三氯硅烷(OTS,C18H37SiCl3)/SiO2双绝缘层结构的有机薄膜晶体管(OTFT)。实验表明,采用OTS可以有效地降低SiO2栅绝缘层的表面能并改善表面的平整度,器件的场效应迁移率提高了3.5倍,漏电流从10-9A降到10-10A,阈值电压降低了5 V,开关电流比从103增加到104。结果显示,具有OTS/SiO2双绝缘层的器件结构能有效改进OTFT的性能。     

高性能顶栅结构有机薄膜晶体管

采用六联苯(p-6P)和氧钒酞菁(VOPc)作为有源层材料,利用弱外延生长技术制备有机薄膜晶体管(OTFT)。在相同的工艺条件下制备了顶栅结构(top-gate)和底栅结构(bottom-gate)两种器件构型,发现两种不同结构的OTFT器件特性存在较大的差异,top-gate OTFT的迁移率比bottom-gate OTFT高很多。在顶栅结构的器件构型中获得了较高的器件特性参数,迁移率达到1.6cm2/V.s。研究了弱外延生长技术应用在两种不同器件构型中的差异,并解释了顶栅结构OTFT迁移率较高的原因。     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管. 作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si (100) (14.0～20.0Ω·cm）衬底上. 场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm，源极、漏极和栅极（Au）的厚度均为50nm，绝缘层SiO2的厚度为300nm，沟道宽度为190μm，沟道长度为15μm. 用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌，并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响. 在薄膜生长速率为024和136nm/min时，场效应管的载流子迁移率分别为2.7E-4和2.2E-6cm2／(V·s) .     

并五苯场效应管的电学特性

介绍了用高真空中热蒸发镀膜的方法制备并五苯薄膜场效应晶体管.作为场效应管半导体层的并五苯薄膜沉积在p型Si(100)(14.0～20.0 Ω·cm)衬底上.场效应管中并五苯薄膜厚度为70nm,源极、漏极和栅极(Au)的厚度均为50nm,绝缘层SiO2的厚度为300nm,沟道宽度为190μm,沟道长度为15μm.用AFM表征了并五苯薄膜表面形貌,并研究了薄膜生长速率对并五苯场效应晶体管电学特性的影响.在薄膜生长速率为0.24和1.36 nm/min时,场效应管的载流子迁移率分别为2.7×10-4和2.2×10-6 cm2/(V·s).     

易于集成的有机薄膜场效应晶体管的制备

用有机半导体并五苯作为有源层,聚四氟乙烯作为绝缘层,采用全蒸镀方式在真空室一次性制备了正装结构的有机薄膜场效应晶体管(OTFT)。薄的有机绝缘层使得器件工作在低电压下,有机薄膜场效应晶体管易于与显示像素(有机发光二极管(OLED))集成在同一个透明的刚性或者柔性衬底上。研究了有机薄膜场效应晶体管的源漏接触电阻和沟道电阻对器件性能的影响,结果表明接触电阻是影响器件性能的主要因素。在透明的玻璃衬底上实现了有机薄膜场效应晶体管对同一衬底上100μm×200μm红色有机发光二极管的驱动。     

苏州纳米所柔性印刷碳纳米管电路研究取得新进展

正随着各种新型高性能无机、有机半导体材料和无机/有机半导体复合材料的出现,以及新型印刷设备、印刷工艺和印刷电子相关理论的发展,各种新型无机和有机薄膜印刷薄膜晶体管器件性能在不断提高,并朝全印刷、大面积、柔性化、集成化和低功耗方向蓬勃发展。半导体碳纳米管不仅尺寸小、电学性能(如碳纳米管晶体管器件在室温下载流子迁移率可达到1 000cm2V–1s–1以上,电流密度超过109 A·cm–2)、光学性能和机械性能优异、物理和化学性质稳定,构建的电子元件具有发热量更少以及运行频率更高等优点。与此同时,碳纳米管容     

C8 BTBT薄膜结晶形貌及OTFT器件性能研究

以p型共轭有机小分子2,7二辛基[1]苯并噻吩并[3,2‐b]苯并噻吩(C8‐BTBT)作为底栅顶接触有机薄膜晶体管(OTFT)的有源层,采用浸渍提拉法、喷墨打印法和真空蒸镀法三种制备工艺,探究半导体薄膜载流子迁移率与结晶形貌的关系,发现不同工艺下有机小分子呈现出不同的生长行为和结晶情况,在很大程度上决定了OTFT器件性能的优劣;此外,通过XRD分析研究了退火处理对C8‐BTBT结晶的影响。结果表明,真空蒸镀制备的薄膜具有更高的结晶度、衬底覆盖率高,并且呈现出SK(Stranski‐Krastanov)模式的结晶生长特征,相应器件中陷阱密度最低,迁移率高达5.44 cm^2·V^-1·s^-1,开关比超过106;且退火处理会严重破坏C8‐BTBT薄膜的结晶。因此,控制半导体层的生长行为,提升半导体层的覆盖率和结晶度是制备高性能共轭小分子OTFT器件的有效途径。     

一种廉价电极的并五苯场效应晶体管

采用底栅顶接触结构,研究制备了以并五苯为有源层、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为绝缘层的全有机场效应晶体管(OFET),其中绝缘层采用溶液旋涂法制备,电极采用MoO3/Al双层电极。与传统采用单一Au为电极的器件相比,采用双层电极的器件性能大幅提高,经测试,器件的迁移率达到了0.133cm2/Vs,开关电流比可以达到2.61×105。对采用MoO3修饰层提高性能的作用机理进行了详细论证。     

聚合物栅绝缘层厚度对并五苯有机场效应管性能的影响

采用不同厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为栅绝缘层,制备了并五苯有机场效应晶体管(OFET)。测量了不同厚度的PMMA的介电特性,并详细分析了栅绝缘层厚度对器件性能的影响。其中,采用260nm厚的PMMA栅绝缘层的OFET具有比采用其它厚度的器件更优越的性能,其场效应迁移率、阈值电压与开关电流比分别达到3.39×10-3 cm2/Vs、-19V和103。     

有机半导体薄膜的光学和电学性质研究

采用真空热蒸镀技术制备了NPB有机半导体薄膜和单层夹心结构器件,通过透射谱测量研究了薄膜的光学能隙、折射率和消光系数等光学性质,结果表明有机半导体薄膜具有直接带隙半导体的光学性质,并且其折射率色散性质遵循单振子模型.另外,通过分析器件的电流-电压特性研究了薄膜的电导率、载流子迁移率和载流子浓度等电学性质.这些实验结果对于有机光电子器件的结构设计具有一定的参考价值.