PESE和F-NDI有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的結(jié)構(gòu)調(diào)控與構(gòu)效關(guān)系.pdf

1、近幾年，有機(jī)場效應(yīng)晶體管正在高速發(fā)展，能夠滿足從電子元件到集成電路的各種電子應(yīng)用。而有機(jī)半導(dǎo)體材料的溶液加工、空氣穩(wěn)定、柔性等優(yōu)點(diǎn)，更加使其成為近年來有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域所關(guān)注的研究熱點(diǎn)。迄今為止，有機(jī)單晶場效應(yīng)晶體管的研究取得了非常顯著的成績，然而苛刻的制備條件、微納米級尺寸和晶體的脆性都限制了其實際應(yīng)用。因此，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜場效應(yīng)晶體管的研究就顯得尤為重要。一般情況下，薄膜晶體管由于晶界和無序的影響，其載流子遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單晶場效應(yīng)晶體管

2、。因此，大量的研究工作致力于改善薄膜內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)從而提高載流子遷移率。
　　本論文通過表面誘導(dǎo)結(jié)晶成功實現(xiàn)了大面積、結(jié)構(gòu)有序PESE和F-NDI有機(jī)半導(dǎo)體薄膜制備，有序取向半導(dǎo)體的薄膜晶體管測試顯示了良好的場效應(yīng)性能，顯示出潛在的應(yīng)用價值。
　　本論文的工作內(nèi)容主要包括:
　　1.選擇了兩種高分子材料(HDPE和PVDF)，通過熔體拉伸的方法，制備出大面積具有高度取向結(jié)構(gòu)的聚合物薄膜，對厚度約為30～50nm薄膜的結(jié)構(gòu)

3、表征證明其具有分子鏈沿拉伸方向的高度取向，而結(jié)晶學(xué)a-和b-軸繞c-軸（分子鏈軸）任意旋轉(zhuǎn)，即獲得了纖維取向的HDPE和PVDF薄膜。將其轉(zhuǎn)移到具有500 nm厚度SiO2氧化層的硅片上，作為誘導(dǎo)PESE和F-NDI有序結(jié)晶的基質(zhì)用于后續(xù)工作中。對電容分析表明，將其應(yīng)用在場效應(yīng)晶體管中可以作為一種良好的介電材料。
　　2.選取苝并硒吩（PESE)—P型半導(dǎo)體材料，通過真空氣相沉積的方法，在不同基底溫度下實現(xiàn)了PESE在高取向的高分

4、子薄膜表面外延生長，薄膜形貌結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)PESE在高取向HDPE薄膜上能發(fā)生附生結(jié)晶，形成有序的晶體陣列;其晶體的生長方向與晶體尺寸，隨著基底溫度的改變發(fā)生較大的變化?；诓煌练e溫度，制得的具有取向有序結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜晶體管，沿平行于HDPE薄膜拉伸方向的空穴遷移率最高可達(dá)0.047cm2V-1s-1，比OTS修飾SiO2/Si基底上的PESE薄膜晶體管器件的遷移率(5.76×10-4 cm2V-1s-1)提高了近兩個數(shù)量級。并且發(fā)現(xiàn)

5、不同基底溫度下制備的薄膜形貌和晶體尺寸對場效應(yīng)性能影響較大，充分顯示了薄膜晶體管的活性層結(jié)構(gòu)對器件性能的顯著影響。
　　3.選取全氟烷基鏈取代的萘酰亞胺（F-NDI)—N型半導(dǎo)體材料，采用真空氣相沉積的方法，實現(xiàn)了其在高取向HDPE薄膜上的附生結(jié)晶。結(jié)構(gòu)分析表明制備的大面積半導(dǎo)體薄膜內(nèi)晶體排列有序。基于這種有序半導(dǎo)體薄膜的場效應(yīng)晶體管表現(xiàn)出了很高的電子遷移率，沿著聚合物取向基底拉伸方向的遷移率高達(dá)0.2 cm2V-1s-1，器件性