功能性有机薄膜晶体管的研究

有机薄膜晶体管由于具有操作温度低、可以大面积加工和兼容柔性基底等优点，在有源矩阵显示、集成电路和化学传感器等方面显示出广泛的应用潜力。基于这个原因，有关有机半导体材料和器件的研究已经成为当前的热点。从实际应用的角度考虑，当前有机薄膜晶体管的器件性能和单一的工作模式还不能充分的满足实际的需要。因此如何提高有机薄膜晶体管的器件性能、开发多工作模式的器件成为有机电子学领域研究人员的重要挑战。本论文的工作以有机薄膜晶体管器件为主要研究对象。在对二种栅绝缘层的有机薄膜晶体管的研究基础上，提出了有机／无机双介电层有机薄膜晶体管的概念，解决器件的闭值电压和栅源漏电的问题；通过的对有机薄膜晶体管中电荷注入的研究的基础上，提出了含有缓冲层的有机薄膜晶体管，显著的改善了电荷注入效率，提高了器件性能。在对异质结型器件研究的基础上，获得了耗尽型和双极型有机薄膜晶体管，满足实际应用对多种工作模式有机薄膜晶体管的需求。论文的主体工作主要分为基于不同栅绝缘层的有机薄膜晶体管的研究，有机薄膜晶体管中接触效应的研究以及异质结型有机晶体管三个部分其具体内容如下：（l）基于不同栅绝缘层有机薄膜晶体管的研究。通过对有机晶体管中常用的高介电和低介电绝缘层对器件性能的影响进行了系统的研究，在有机晶体管构建中提出了有机／无机双介电层的概念。这一概念包含两个方面意义：一方面采用的双绝缘层分别为一层有机材料和一层无机材料的双介电层；另一方面无机介电层使用的是高介电常数的材料，有机部分为低介电常数材料。有机半导体沉积在这种方法构建的栅绝缘层基底上，改善了有机半导体的薄膜形态，提高了有机半导体层和无机基底的乳附力，从而达到了优化了器件电子性质的目的。与此同时解决了在当前含有高介电绝缘栅的有机晶体管中存在的高漏电的问题。通过这种方法构建的有机薄膜晶体管具有低阂值电压、低漏电、高迁移率等优点。由于我们在有机绝缘层的加工中采用了化学修饰的方法，该方法有加工简便、性质稳定好所以具有很好的实际应用前景。（2）有机薄膜晶体管中接触效应的研究。通过实验中采用TML（Transfer－Line一Method）的方法系统的研究了酞著铜薄膜晶体管中的接触效应，首次获得了酞著铜和金电极接触电阻定量化的结果。通过改变不同的电极材料，研究了不同的源漏电极对有机晶体管器件性能的影响。在此基础上为了能减小有机晶体管中的接触电阻，改善电荷注入效率，我们采用了在源漏电极和有机半导体之间插入一层高电导率的有机材料的方法，有效的降低了金属和有机半导体的注入势垒，增大了电荷隧穿几率，从而显著的改善了有机晶体管的器件性质。（3）异质结型有机晶体管。为了推动有机晶体管在集成互补电路中的应用，多工作模式的有机晶体管是需要的。在这里，我们把有机的异质结引入到有机晶体管的制备中，分别获得了高性能的耗尽型和双极型有机晶体管。通过了一系列的设计实验，我们提出了双沟道的载流子输运模型，为异质结型晶体管中双载流子的输运机制提供了理论上的解释。此外，我们通过有机异质结厚度的调节，进而改变沟道区的载流子密度，从而可以有效的调节了器件的阂值电压。当前的研究结果的意义在于利用的有机的异质结效应可以获得不同阂值电压的全塑型有机晶体管，为其实际中的广泛应用开辟了道路。此外我们还在同一基底上构建了基于一个常开型（耗尽）和一个常关型（累积）两个有机晶体管的反向器电路，从而表明异质结型有机晶体管在集成电路方面具有广泛的应用潜力。综上所述，本论文对目前有机薄膜晶体管器件中存在的问题进行了深入的研究。在此基础上，针对不同的问题分别提出了三种功能性的有机晶体管，优化了器件的性能。当前的研究也将为加速有机薄膜晶体管的在实际中的应用做出贡献。