气溶胶喷印技术研究及其在有机薄膜晶体管中的应用

来源 :河北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunj2009
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有机薄膜晶体管由于材料来源广、成本低和易加工等优点以及在电子工业低成本和大面积柔性制备等领域表现出广阔的应用前景而受到越来越多的关注。气溶胶喷印作为一种新兴的微图案加工技术,凭借其低成本、高分辨率、与柔性衬底兼容等优势,正逐步成为制备显示器、高效太阳能电池、传感器等电子器件的理想方法。本论文主要工作是利用气溶胶喷印设备制备了有机薄膜晶体管的电极层、半导体层、绝缘层,并对其进行了表征。同时,制备了有机薄膜晶体管,比较了基于PEDOT:PSS电极和Ag电极的有机薄膜晶体管的性能差异。并基于前面的研究结果,用气溶胶喷印技术制备了全印刷的有机薄膜晶体管,测试了其性能,并进行了分析。主要内容包括:(1)采用导电聚合物PEDOT:PSS水溶液作为电极材料,利用气溶胶喷印设备制备了电极薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及四探针测试薄膜的形貌和电学特性,系统研究了加入乙二醇、丙三醇溶剂对导电薄膜的卫星液滴、表面形貌和导电特性的影响,以及在PEDOT:PS与丙三醇混合溶液中掺杂银纳米线或石墨烯对薄膜导电性能的影响。实验结果显示:添加乙二醇和丙三醇溶剂可有效地控制PEDOT:PSS薄膜卫星液滴的产生,降低导电薄膜的粗糙度,粗糙度由263nm分别降为47.7nm和2.9nm。同时,PEDOT:PSS薄膜的导电性在加入乙二醇、丙三醇溶剂后也获得了明显的提高,薄膜方块电阻从原来的3.31×108Ω/口,分别降为加入乙二醇后的4.53×105Ω/口,及加入丙三醇后的4.61×104Ω/口。此外,银纳米线及石墨烯的掺杂能进一步提高PEDOT:PSS/丙三醇薄膜的导电性能。薄膜方块电阻从原来的3.16×103Ω/口,分别降为加入银纳米线后的321Ω/口,及加入石墨烯后的267Ω/口。(2)采用聚3-己基噻吩(P3HT)作为半导体材料,利用气溶胶喷印设备制备了半导体薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及台阶仪测试薄膜形貌和厚度,系统研究了溶剂以及喷印参数对薄膜表面形貌和厚度的影响。结果显示:喷印P3HT半导体材料时,氯仿加松油醇是最优的溶剂;喷印速度为(0.5mm/s或1mm/s)、送雾气流(10ml)时,喷印沉积的薄膜致密均匀,成膜质量较好。而且在其它参数固定的情况下,喷印速度越快,送雾气流越小,喷印沉积的薄膜厚度越小;喷印速度越慢,送雾气流越大,喷印沉积的薄膜厚度越大。(3)采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PMMA和离子液体([EMIM][TFSI])混合材料做绝缘层,利用气溶胶喷印设备制备了绝缘层薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及探针台测试薄膜形貌和介电常数,系统研究了溶剂以及配比的不同对薄膜表面形貌和介电常数的影响。结果显示:PMMA与离子液体混合且配比为3:7,采用苯甲醚作溶剂时,喷印沉积的薄膜质量最好,介电常数最高,更适合做器件的绝缘层。(4)利用气溶胶喷印设备制备了PEDOT:PSS电极和银电极,分别制备成有机薄膜晶体管,并且利用探针台测试其性能并进行了对比。结果显示:基于PEDOT:PSS电极和银电极的有机薄膜晶体管的载流子迁移率分别为:1.1×10-3cm2V-1s-1和2.9×10-3cm2V-1s-1,性能相差不大。(5)利用气溶胶喷印设备制备了全印刷的有机薄膜晶体管,并且利用探针台测试其性能。结果显示:该器件在源漏电压3V时即达到饱和,具有较低的驱动电压。这主要是由于采用了高介电常数的绝缘材料,有效降低了器件工作电压。
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