n型空氣穩(wěn)定、高遷移率有機(jī)微納單晶陣列的制備及其光電器件的應(yīng)用.pdf

1、近幾年來，一維有機(jī)半導(dǎo)體材料由于其不同于無機(jī)材料的獨(dú)特性質(zhì)，和其在光電領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，得到越來越多研究者的關(guān)注。有機(jī)場效應(yīng)晶體管是這類材料最重要的應(yīng)用之一，其中n型有機(jī)半導(dǎo)體材料由于空氣穩(wěn)定性差、溶解度小、種類少等缺點(diǎn)極大限制了n型有機(jī)場效應(yīng)晶體管的發(fā)展，遠(yuǎn)落后于p型有機(jī)場效應(yīng)晶體管。然而，由于大規(guī)模集成電路實(shí)際應(yīng)用的需要，制備大面積、高性能、空氣穩(wěn)定的 n型有機(jī)晶體陣列是極其重要的。目前，基于p型有機(jī)半導(dǎo)體材料陣列化圖案化的報(bào)道已有很

2、多，但關(guān)于n型的卻非常稀少。因此，研究制備大面積n型有機(jī)場效應(yīng)晶體管器件的定向陣列是十分必要和緊迫的。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴改進(jìn)了傳統(tǒng)的垂直提拉法，利用加熱的方式提高了難溶n型材料的溶解度，通過熱提拉成功制備了該材料的單晶納米帶陣列。構(gòu)筑的底柵頂接觸結(jié)構(gòu)的n型有機(jī)場效應(yīng)晶體管（OFET），其單個(gè)器件的電子遷移率最高達(dá)2.33 cm2 V-1 s-1，器件陣列的平均電子遷移率達(dá)到0.97 cm2 V-1 s-1。制備的OFET

3、器件不僅具有優(yōu)秀的性能，而且空氣穩(wěn)定性較好。通過測試第一天和儲(chǔ)存在空氣中30天之后器件的性能，30天內(nèi)，遷移率衰減31.3％，且電流開關(guān)比、閾值電壓大致穩(wěn)定。最后，我們檢驗(yàn)了這種加熱提拉法對于其他難溶有機(jī)小分子的普適性，在選取的兩種溶解度較差的有機(jī)小分子中，納米帶單晶陣列均被成功制備，同時(shí)具有較好的OFET器件性能。因此，本工作推動(dòng)了難溶有機(jī)半導(dǎo)體材料的陣列化合成的發(fā)展及其n型光電器件的應(yīng)用。⑵針對上個(gè)工作存在所生長的納米帶陣列厚度不均

4、勻和不能大面積化的兩個(gè)問題，本工作引入加熱狀態(tài)下斜坡?lián)]發(fā)生長的方法，成功解決了這個(gè)兩個(gè)問題，同時(shí)得到了更好的器件性能。本工作以BPE-PTCDI為目標(biāo)化合物，制備了均勻的大面積 n型單晶納米帶陣列。通過使用平行的光刻膠條紋作為模板來輔助生長，使得納米帶高度陣列化且可以精確定位；通過引入斜坡，避免了溶液在水平基底上生長所發(fā)生的咖啡環(huán)效應(yīng)；通過控制溶液濃度和斜坡的角度，可以調(diào)節(jié)單晶納米帶的厚度和寬度。構(gòu)筑的底柵頂接觸 OFET器件，其單個(gè)器

5、件的電子遷移率最高達(dá)2.89 cm2 V-1 s-1，器件陣列的電子遷移率平均1.27 cm2 V-1 s-1。器件不僅具有優(yōu)秀的性能，而且空氣穩(wěn)定性也得到進(jìn)一步提高。通過測試第一天和儲(chǔ)存在空氣中50天之后器件的性能，50天內(nèi)，遷移率衰減13%，電流開關(guān)比穩(wěn)定，閾值電壓正向漂移14%。最后，我們制備了5*5的器件陣列來驗(yàn)證器件性能的均一性。⑶以有機(jī)小分子BPE-PTCDI為目標(biāo)化合物，通過使用不良溶劑成核法制備了BPE-PTCDI微米線

6、，研究了該材料在柔性光電探測器方面的應(yīng)用。我們基于PET柔性基底，通過簡單的滴涂法制備了微米線光電探測器。該光電探測器在紫外可見光波段內(nèi)（302 nm-650 nm）有響應(yīng)，平均開關(guān)比大于200，比探測率超過1011 Jones，并且具有不錯(cuò)的外量子效率和響應(yīng)度。最后，針對性地做了器件機(jī)械柔性和電學(xué)穩(wěn)定性測試。在彎曲數(shù)百次之后，器件仍可正常工作且光電流沒有明顯變化，同時(shí)不同的彎曲狀態(tài)對于器件的光電流沒有明顯影響。因此，本工作顯示微米線光