多元稠杂环有机场效应晶体管半导体材料的合成及性质研究【文献综述】

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1、毕业论文文献综述应用化学多元稠杂环有机场效应晶体管半导体材料的合成及性质研究引言场效应晶体管(field-effecttransistor,FET)是通过改变电场来控制材料导电能力的有源器件。相对于无机场效应晶体管材料来说，有机材料具有易于通过分子裁剪调控材料性能，器件制备温度低，和柔性基底相容，可大面积、低成本制造，以及可用于大面积显示领域等突出优势。因而近十年来有机场效应晶体管的研究引起了工业界与科技界的极大兴趣，取得了极大的发展。1.1有机场效应晶体管结构和工作原理典型的有机薄膜晶体管结构如图1-1所示2，包括电极（栅极，源极与

2、漏极），绝缘层和半导体层。根据器件结构的不同分为顶电极式与底电极式。在顶电极式中，先沉积有机薄膜，再沉积电极，底电极式则与之相反。栅极可以是金属或导电聚合物，但通常由高掺杂的硅基底作为栅极。绝缘层通常为SiO2,Al2O3或Si3N4等无机物。此外，聚合物绝缘材料如PMMA或PVP等也可作为绝缘层，这对于柔性器件的制备是非常有利的。源、漏电极可以用高功函的金属（如Au、Pd、Pt或Ag）、导电聚合物（PEDOT:PSS、PANI等）和电荷转移复合物（TTF.TCNQ,AgTCNQ等）等，通常人们应用Au作为电极。图1-1.有机薄膜晶体

3、管结构（左图：顶电极式；右图：底电极式）2。有机薄膜晶体管的工作原理如图1-2所示。当源、漏电极之间的电压（即漏极电压VD）一定时，栅极与源极之间的电压（即栅极电压VG）对于流经半导体层的源漏电流有很强的影响。理想情况下，当不施加栅极电压时，场效应管处于“关”状态，漏极电流IDS4通常很低。当施加栅极电压时，电荷会进入半导体和绝缘体之间的半导体界面。结果，随着电荷载流子的增加，漏、源电极之间的电流增加，这时场效应晶体管处于“开”状态。图1-2.有机场效应晶体管工作原理。描述OFET的性能通常有如下两个关键参数：场效应迁移率(m)和开/

4、关比(Ion/Ioff)。场效应迁移率是单位电场下电荷载流子的平均漂移速度，它反映了在电场下空穴或电子在半导体中的迁移能力；场效应迁移率可以由方程（1）计算得出:IDS=(WCi/2L)[m(VG-Vt)2]（1）其中，IDS为漏极电流，m为载流子迁移率，VG为栅极电压，Vt为开启电压,W为沟道宽度,L为沟道长度,Ci为绝缘体电容。利用(IDS，sat)1/2对VG作图，并作线性回归，可由此回归线的斜率推算出载流子迁移率(m），由回归线与X轴的截点求得Vt。开/关比是场效应晶体管中另一项重要参数。开/关比定义为在“开”状态和“关”状态

5、时的源漏电流之比，它反映了在一定栅极电压下器件开关性能的优劣。对于一个高性能的场效应晶体管，其迁移率和开/关比应尽可能的高。例如，在液晶显示屏驱动电路中使用的晶体管场效应迁移率一般应大于0.1cm2V-1s-1，开关比大于106。1.2有机半导体材料场效应晶体管根据载流子种类的不同可分为p-型和n-型两种。对p-型场效应晶体管来说，空穴是主要的载流子，而电子则是n-型沟道场效应晶体管的主要载流子。相应的有机半导体材料也分为p-型和n-型两种。1.2.1p-型有机半导体材料p-型有机半导体材料的发展迅速，目前已有部分材料性能达到或超过无

6、定形硅。并五苯是最早报道的p-型有机半导体材料之一。自从1960年报道其具有半导体特性以来，基于并五苯的有机场效应晶体管引起了广泛的研究15-17。目前，Kelly等人5报道其多晶薄膜的迁移率已超过5.0cm2V-1s-1，开关比大于1064。然而并五苯很难溶于有机溶剂，且在空气中很不稳定，严重制约了其制备工艺和实际应用。噻吩类化合物是另一类主要的有机半导体材料。其中八聚噻吩的迁移率最高，在基底温度为120℃时，其真空沉积薄膜的迁移率达到0.33cm2V-1s-1。红荧烯是目前报道的迁移率最高的有机半导体材料，其单晶场效应晶体管6的迁

7、移率最高已达20cm2V-1s-1。图1-3.典型p-型有机半导体材料。1.2.2n-型有机半导体材料最早报道的n-型OFET材料是酞菁镥（Pc2Lu）和酞菁铥（Pc2Tm）。在真空下原位测量，测得的电子迁移率为10-3-10-4cm2V-1s-1。Haddon等人于2000年报道了C60的电子迁移率达到0.3cm2V-1s-1，但暴露于空气时很快衰减。酰胺化的萘四酸酐和苝四酸酐，即萘酰亚胺(NTCDI-R)和苝酰亚胺(PDCDI-R)已成为一类重要的n-型OFET材料，其电学特性随取代基有很大的变化。图1-3.典型n-型有机半导体材

8、料。1.3有机场效应晶体管的应用前景有机光电器件以其成本低廉、大面积和可弯曲而被广泛关注，尤其是液晶和有机光电器件可用于移动电子器件的显示部分。把这些器件组合成全有机的显示屏，高速度、高能量放大的有机场效应晶体管是实现这