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高性能双极性有机场效应晶体管和反相器的制备与性能研究

周星宇  
【摘要】:自从上世纪八十年代以来,有机场效应晶体管的研究得到了广泛的关注。有机场效应晶体管不仅是未来低成本柔性电路中不可或缺的构成单元,并且对π共轭体系中载流子传输的理论研究提供了重要依据。因此,通过对诸如场效应载流子迁移率、电流开关比和阈值电压等性质的研究,可以更深入地探究π共轭体系结构与其电学性能的关系。 在本论文中,我们首先介绍了基于双极性有机场效应材料反相器的构筑和测试方法,并且探讨了双极性材料场效应晶体管和有机反相器的电学性质以及两者之间的相互关系。接卞来,我们尝试对有机场效应晶体管中几个重要的界面进行修饰来提高器件性能,并且对电极缓冲层的机理进行探讨。最后,我们尝试了用溶液法制备有机薄膜场效应晶体管,并进一步探究薄膜形态以及分子堆积结构和器件性能之间的关系。 本论文主要包含了以下五部分的内容: 第一章,回顾了有机半导体材料的发展历史,概括了有机半导体材料的分类和特点,描述了有机场效应晶体管器件构造、工作原理以及制作工艺。重点介绍了既可以传输空穴又可以传输电子的双极性场效应晶体管。 第二章,我们制备了一系列基于双极性有机小分子半导体材料的反相器,并对电压转移特性曲线、增益以及噪声容限等重要参数进行了测试。详细研究了双极性反相器的工作原理,探究场效晶体管载流子传输性质与以其为基础反相器性能之间的相互关系。 第三章,我们尝试对有机场效应晶体管中涉及载流子注入和传输的界面进行修饰,发现修饰材料的引入有助于改善器件性能。研究发现以高性能双极性材料作为金电极和有源层之间的缓冲层,可以提高场效应晶体管的迁移率并且降低阈值电压。并对缓冲机理进行了分析,探讨了有机半导体异质结以及金属/有机半导体界面的电学性质。 第四章,我们采用一些常用的溶液成膜方法制备了有机半导体材料薄膜,以这些薄膜为基础构筑了有机场效应晶体管并进行了性能测试。探讨了成膜条件对于薄膜质量的影响,并进一步研究薄膜形态以及分子堆积与其电学性质之间的结构-性能关系。 第五章,总结了本论文所进行的工作并计划以后工作中还需要完善的地方,分析了当今有机场效应晶体管研究所面临的问题并对其未来应用做出展望。


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