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近年来,有机电子学已成为一门重要的研究领域,取得了突飞猛进的发展。而有机场效应晶体管是未来柔性电路中的主要构成单位,可广泛应用于射频识别标签、柔性显示、传感器等,同时,有机半导体中的载流子传输机制和无机半导体有很大的区别。因此有机场效应晶体管的研究具有重要的技术价值和科学意义。本论文围绕晶体管中的主要组成部分:电极、介电层及有机半导体层,开展了有机场效应晶体管的制备与研究工作。主要的研究工作包括以下四个方面:
1:利用喷墨打印的方法将可溶的聚合物前体(聚(1,3,4-恶二唑))原位打印于基底上,高温裂解得到电导率达102 S cm-1的类石墨导电材料,将其应用于底接触场效应晶体管中。该电极的功函、表面能与有机半导体分子较金属电极更为匹配,从而可以改进电极与有机半导体的接触,改善了载流子的传输与注入,使得器件性能得到了显著提高。
2:通过旋涂、低温退火后处理的方式在基底表面构筑了一层均匀连续的透明高分子薄膜(聚酰肼)作为有机绝缘层,并应用于有机场效应晶体管的制备。该有机绝缘层抗溶剂能力强,适用于溶液法过程的器件制备,制备的晶体管具有低处理温度、较低漏电流和低操作电压等优点。
3:首次发现在交替堆积的中性有机给体-受体共晶中,沿堆积方向晶体具有双极性电荷输运性能,采用二苯基四硫杂[22]轮烯(DPTTA)为给体和7,7,8,8一四氰基对苯醌二甲烷(TCNQ)为受体,通过简单的滴铸法在基底上原位自组装D-A复合物的微纳晶,该晶体沿生长方向以D-A-D-A混合堆积方式排列,基于该单晶的场效应晶体管在大气表现出均衡的电子与空穴输运性能,电子和空穴迁移率分别为:0.04 cm2 V-1 s-1,0.03 cm2 V-1 s-1;通过理论计算,揭示了此种输运性能是相邻给体/受体分子间的超交换作用所导致的。
4:得到由DPTTA和富勒烯(包括C60和C70)组成的具有给体/受体分列成二维状结构的D/A共晶,在给体层中DPTTA分子间通过π-π相互作用形成导电通道,受体分子层中C60(或C70)分子间也存在明显的非键相互作用,这种结构可以看作是一种理想的给体-受体互穿网络结构。基于上述微纳晶,制备了单晶场效应晶体管器件,该器件表现出典型的双极性传输特性,其中DPTTA-C60的电子、空穴迁移率分别为0.01和0.3 cm2 V-1 s-1,而DPTTA-C70具有较平衡的电子和空穴迁移率0.05和0.07 cm2 V-1 s-1。基于场效应器件测试得到DPTTA-C70具有较好的光响应特性,5.51 mW/cm2光强下响应性达300A/W。