含芴基团有机功能材料结构与性质研究

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1、山东大学硕士学位论文1．3有机薄膜场效应晶体管的结构传统无机半导体是以MOS(MetalOxideSemiconductor)式的场效应晶体管，介于源极(Source)及漏极(Drain)间的半导体材料一般都是无机的硅(Si)。典型的有机薄膜场效应管的结构包括电极(栅极，源极和漏极)，绝缘层和半导体层。有机薄膜场效应晶体管主要有两种不同的结构：顶接触电极结构和底接触电极结构(图1．3—1)。在底接触电极结构中电极在绝缘层和有机半导体层之间，这种结构易于制备，但是由于沉积在电极和沟道界面处的有机半导体薄膜质量比较差，所以限制了器件的性能。衬底一般选取刚性材料(如硅片或者玻璃)或柔性材料(塑料)

2、。对于刚性衬底，栅极金属用光刻或蒸镀沉积。绝缘层一般用二氧化硅或者三氧化二铝。柔性衬底不能耐高温，因此对绝缘层和栅极的制备需要新的技术：如可用传统的印刷技术制备电极，Gelinch还用光化学加工的方法把导电高分子聚亚胺制备成电极[5】，至于绝缘层可以用印章或旋涂的方法制备在柔性衬底上[6】。∥翥嗣∥漏极雩!+源稷i}糯檄i#’⋯，?5’m‘⋯‘‘≥半导体《～<矗《绝缘体栅极j{o。。～二。。一j羲感；。一一。?i基项接触!源极

3、半导体漏极l’臻缴篇甲#∽；l，，绝缘体i≥瓣极}‘i陵。幽：一⋯。赢墓底⋯⋯。。。。么底接触图1．3-1有机薄膜场效应晶体管的结构图1．4有机薄膜场效应晶体管的工作

4、原理有机场效应晶体管的工作机制可借用无机场效应晶体管的模型，其导电机理是通过多子注入，在半导体／绝缘层的界面上形成电荷累积层，由此形成导电沟道，导电沟道根据所用半导体材料的不同分为n-沟道和p一沟道。大多数有机半导体材料表现为p一型半导体特性，主要载流子为空穴，所以有机场效应晶体管多以空穴载流子累积型即p一沟道为主，如图1．4一l所示。山东大学硕士学位论文有机场效应晶体管在结构上类似一个电容器，源漏电极和有机半导体薄膜的导电沟道相当于一个极板，栅极相当于另一个极板。当在栅源之间加上负电压VGs时，由于电容器效应，空穴将从源极注入有机半导体层，并在有机半导体与绝缘层的界面处累积起来。此时在源漏

5、之问再加上一个负电压Vm，就会在源漏电极之间产生电流，电流的大小由栅源电压VGs和源漏电压VDS同时控制。在较低源漏电压VDS的情况下，IVDSIlVGs—VTI时，晶体管进入饱和区，此时沟道被夹断，电流趋于饱和，IDs可近似表达为：‰=瓦w(vo,一巧)2由此，可以得到饱和区迁移率u：一2Lf．口(√i)]2胪面l荡亍J器件的另外一个重要参数是开关电流比

6、10n／loft，它与反映载流子迁移能力的场效应迁移率“是评价OFET性能的两个关键指标，两者越高越好。镞缀褫缀：呷猁黔学㈣垆缀”翳卿≯缪9鬻7i键拳簿体缓：!皇羔!连。每鼬～～j绝缘缓F：h瓣缀一鞋锥鼾静静静御静静静聋耖静静舡缈7《釜壤瓿。缓i‰搋盅觑鼢觑锄二；‰?。：鬣；以+¨k。km《辕，池b。i‰．。赢。张燃地嘉蝠毫n貉图1．4—1p一沟道空穴载流子累积型有机场效应晶体管的结构简图图1．4—2给出了从薄膜晶体管的场效应迁移率角度，OFETs与硅基半导体材料的薄膜晶体管在各自应用领域上的比较图。4山东大学硕士学位论文从图中我们可看至IJOFETs与基于Si材料的器件性能的差距在不断缩小

7、，而且有机电子在逻辑集成上有其自己的应用领域，由此可见有机电子产业化应用的潜力，谁能在有机电子产业化的技术障碍上率先取得突破，谁就能取得占领市场的先机。e了龟2富量图1．4-2从场效应迁移率的角度OFET与硅基半导体材料应用领域的比较1．5有机场效应材料有机场效应晶体管所用有机半导体材料按照传输时主要载流子的不同可以分为三类：主要载流子为空穴的p一沟道半导体，主要载流子为电子的n．沟道半导体和可以同时传输空穴和电子两种载流子的双极型材料。下面主要介绍p沟道有机半导体材料和n．沟道有机半导体材料。1．5．1p一沟道有机半导体材料p一沟道有机半导体材料比n一沟道有机半导体材料有更好的稳定性及更高

8、的载流子迁移率。因此，此类有机半导体材料的种类和研究相对较多。表1．5-1列出T'1986--2007年报道的有代表性的p一沟道OFET的半导体材料。图1．5一l列出了典型的作为p一沟道有机半导体材料的化合物分子结构。表1．5—11986--2007年报道的有表性的p一沟道OFET的半导体材料年份化合物(成膜方法)p(cm2·、r1·s’1)‰／厶疗19861992Polythiophene(s)Pentac