有机半导体材料特性测量及有机场效应管应用的研究

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为了增加对有机半导体材料的认识,本文首先对有机半导体材料进行了简单介绍。包括有机半导体材料的发展历史,有机半导体材料具备的优点和应用前景,以及常见的有机半导体材料,并简述了有机半导体材料的导电性理论。由于有机半导体材料特殊的结构,造成其与无机半导体材料相比,无论是电学性质还是其它物理性质方面都有很大差异。因此,在对有机半导体材料的电学性质进行测量时,必须针对这些不同特点设计合理的测量方案。本文对所要测量的并五苯单晶薄膜材料的结构特点和物理特性进行了分析。并五苯单晶的电阻率很高测量中要使用足够稳定的恒流电源和输入阻抗足够高的电压测量设备;有机半导体材料与金属电极间的接触电阻很大测量时应考虑到排除接触电阻的影响;并五苯单晶属于三斜晶系晶体,电阻率各向异性,设计测量方案时应尽量避免各向异性带来的测量误差;材料的机械强度很低易碎易皱,应尽量避免电极触点对材料的破坏。考虑到以上因素,我们广泛的研究了半导体材料电阻率和接触电阻测量的方法后,确定了以线性传输线模型法(TLM法)为基础的测量方案,传输线模型法是目前常用于薄膜材料接触电阻的测量。通过对实验数据的处理可以直接分离材料电阻和接触电阻项;样品处理成长条形,并在样品上蒸镀平行的条形电极,使电极间电流密度均匀;电极可延伸到材料外的衬底上,探针不与材料表面直接接触,避免了对材料表面的破坏;测量采用吉士利公司的236源测量设备提供恒定电流和高输入阻抗的电压测量。利用以上测量方案我们对并五苯单晶材料的电阻率和接触电阻进行了测量。 <WP=52>最后,我们还利用长春市应用化学研究所研制的以酞菁铜为活性材料的有机场效应(OFET)管搭建了电光调制晶体驱动电路。晶体电光调制器是光纤通讯领域中应用较为普遍的一种光信号调制方法。它利用铌酸锂等晶体的电光效应来实现对光信号的调制。利用一个电压驱动电路把电压加在电光晶体上时,晶体的折射率随晶体两端电压的变化而变化,从而通过改变透过晶体的光强实现光信号的加载。目前,在晶体电光调制系统中给晶体提供驱动电压的电路,一般由成本较高的高压运放或结构复杂的互补推挽电路构成。本文利用有机场效应晶体管搭建了一个反向放大电路作为电光晶体的驱动电路,并监测了其对光信号的调制效果。测试过程中,由Tektronix AFG310 任意波形发生器分别产生正弦信号和方波信号,调制电路的输出电压加载到电光晶体两端,输出光信号用光电接收器接收,接收器与示波器连接用来显示输出光强。同时利用示波器监视调制输入信号。测试结果显示:输出波形正负半周有明显的不对称现象;静态工作点的偏移,我们把晶体管的静态工作点设在VG=-45V,VDS=-45V,示波器的输出波形中显示,输出电压在-38V左右变化;从正弦波和方波的输出信号中都可以看到明显的相位延迟现象,并且在方波输出信号的上升沿和下降沿表现的都很明显,当频率升高时延迟现象更加明显。本实验不仅对有机场效应管在晶体电光调制领域中应用的可能性进行了讨论,而且提供了一种检测有机半导体晶体管特性的方法。
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