聚氨酯型有机薄膜晶体管绝缘层材料的设计、制备以及应用研究

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1、分类号：０６３１单位代码：１０１８３研宄生学号：２０１５３３２２１５密级：公开吉林大学硕士学位论文学术学位（）聚氨酯型有机薄膜晶体管绝缘层材料的设计、制备以及应用研究ＳｔｕｄｏｎｔｈｅＤｅｓｉｎＰｒｅａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｙｇ，ｐＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＯｒｇａｎｉｃＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ作者姓名：王雪松专业：高分子化学与物理研宄方向：有机薄膜晶体管绝缘层材料指导教师：崔占臣教授学位类别：理学硕士２０１８年５月未经本论文作

2、者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名

3、：曰期：２＾年月匕聚氨酯型有机薄膜晶体管绝缘层材料的设计、制备以及应用研究StudyontheDesign,PreparationandPerformanceofPolyurethaneDielectricMaterialsforOrganicThinFilmTransistors作者姓名：王雪松专业名称：高分子化学与物理指导教师：崔占臣教授学位类别：理学硕士论文答辩日期：2018年5月31日中文摘要中文摘要聚氨酯型有机薄膜晶体管绝缘层材料的设计、制备以及应用研究作者姓名：王雪松指导教师：崔占臣教授硕士专业：高分子化学与物理有机薄膜晶体管（OrganicThin-FilmTran

4、sistors，OTFTs）是以有机小分子或者聚合物为半导体材料，获得的器件具有逻辑开关场效应特性的晶体管器件。由于其材料来源广泛、制作工艺简单、可满足低成本大面积柔性化等诸多实际需求，使得其在电子纸以及有源矩阵显示器的背板电路等诸多方面都有着巨大的潜在应用价值。自1986年首个薄膜晶体管诞生以来，大量的实验研究投入其中，经过研究人员几十年的努力，无论是器件结构的改良还是器件材料的优化都取得了很大的进展。目前，良好的有机薄膜晶体管器件性能早已超越单晶硅的水平，在学术以及商用价值上都吸引了广泛地关注。绝缘层作为有机薄膜晶体管的重要组成部分，不仅影响着器件整体阈值电压的高低，其界面的性质以及

5、内在的有机结构仍会进一步影响到有机半导体层材料的情况，进而影响器件迁移率等各项性能。因此，开发出新型且性能优异的绝缘层材料已经成为如今的研究重点。在本论文的第一章，我们简要地回顾了有机薄膜晶体管的发展历史以及应用情况，介绍了有机薄膜晶体管的基本结构以及工作原理，阐述了有机薄膜晶体管的评价参数以及工作曲线，概括了有机薄膜晶体管半导体材料以及绝缘层材料的种类与发展。在本论文的第二章，为了探究绝缘层材料的内部结构对半导体结晶情况的影响，我们设计并合成了含有双键结构的单体以及含有苯环与氰基结构的单体。将I吉林大学硕士学位论文’它们与对苯二甲酸羟乙酯和二环己基甲烷-4,4-二异氰酸酯进行聚氨酯聚合

6、获得绝缘层材料。制得的聚氨酯绝缘层薄膜拥有良好的热力学稳定性，其薄膜表面十分平滑，无针孔结构，且具有良好的感光性能。在聚氨酯绝缘层薄膜表面气相沉积的六联苯半导体分子的晶区尺寸随着聚合物苯环含量的增加而不断变小，晶粒数目不断增加，证明了可以通过改变聚合物绝缘层官能团从而调控半导体材料结晶情况。而且以其制备的MIM器件，其介电常数达到了7.3。在本论文的第三章，为了更加优化器件阈值电压，我们设计并合成了含有氰基与联苯结构的单体，然后将其进行聚氨酯聚合，获得了三种不同单体比例的绝缘层材料，这些材料可以通过紫外曝光使其结构内的双键结构固化形成交联网络。其薄膜表面形貌相似，都十分平滑，无针孔，且聚

7、合物薄膜表面均为疏水联苯结构，可以与半导体分子具有更好的相容性。以这三种含有氰基与联苯结构的聚氨酯聚合物绝缘层材料制备的p-6P/VOPc型有机薄膜晶体管具有较好的性能，而且随着聚氨酯聚合物中联苯含量的增加，器件阈值电压越来越低，最佳优化阈值电压为-0.5V。在本论文的第四章，为探究绝缘层材料主链与侧链的差异性对OTFT器件性能的影响，我们设计并合成了三种不同单体比例的主链联苯型聚氨酯绝缘层材料，这些聚氨酯聚合物绝缘层材料可以通过旋