有机异质结晶体管中功能与形貌关系的研究

有机薄膜晶体管由于具有低成本、易于柔性基底兼容、可以大面积制作等优点，已经在有源平板显示、低端电子产品以及传感器等方面显示出了极大的应用潜力。由于有机异质结具有一些与无机异质结不同的特性，而基于有机异质结的电子器件也显示出越来越受到人们的关注。因此，本论文的工作主要集中在有机异质结薄膜晶体管的功能与薄膜形貌的研究上。 1． 我们首先研究了BP2T/F16CuPc异质结的特征（第二章）。在BP2T/F16CuPc异质结界面处，BP2T的能级向上弯曲，F16CuPc的能级向下弯曲，费米能级穿越F16CuPc的LUMO。并且在其异质结界面处，存在载流子的累积，其中空穴累积在BP2T中，累积厚度大约为10 nm，电子累积在F16CuPc中，累积厚度大约为20 nm。 2． 我们利用BP2T/F16CuPc异质结的特征，通过改变BP2T的厚度，在BP2T/F16CuPc有机异质结薄膜晶体管中实现了晶体管的三种工作模式（第三章）：n沟道、双极型和p沟道。在n沟道模式下，电子迁移率随着厚度的增加而增大；在双极型模式下，电子和空穴的迁移率先随着BP2T厚度增加而增加，当BP2T的厚度超过5 nm 时，电子和空穴的迁移率分别达到最大值，随着BP2T厚度的继续增加，电子和空穴的迁移率就开始下降；在p沟道模式下，空穴的迁移率不在随着BP2T厚度的变化而变化。通过对BP2T薄膜进行原子力表征，我们发现这些规律是与BP2T薄膜的表面形貌密切相关的，并给出了载流子累积的示意图。 3． 根据BP2T/F16CuPc有机异质结薄膜晶体管在三种工作模式中所具有的规律，将其双极型的工作模式推广到金属酞菁体系、菲体系、硫茚体系以及萘体系与F16CuPc的异质结材料对中，并分别从第一半导体的生长方式、 分子长度以及迁移率等方面对实现高性能的双极型传输进行了讨论（第四章）；在BP2T/F16CuPc有机异质结薄膜晶体管中将单极型电子的迁移率提高到了0.06 cm2/V•s，将双极型电子的迁移率提高到了0.1 cm2/V•s，并且观察到了F16CuPc在BP2T上具有弱外延生长；在NaT4/F16CuPc有机异质结薄膜晶体管中通过设计新的器件构型，实现了高迁移率、高开关比的p型常开型工作模式。