高性能有機(jī)半導(dǎo)體單晶及其異質(zhì)結(jié)制備及性能研究.pdf

1、有機(jī)半導(dǎo)體及其器件以其柔性、低成本、可大規(guī)模加工等優(yōu)點(diǎn)，正受到越來(lái)越大規(guī)模的關(guān)注和研究。有機(jī)半導(dǎo)體器件中，給受體異質(zhì)結(jié)是十分關(guān)鍵的功能組成部分，在發(fā)光二極管、光伏電池、雙極型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中都發(fā)揮著重要作用。然而，有機(jī)半導(dǎo)體的有序度往往不高，這就限制了有機(jī)電子器件的性能。提高有機(jī)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的有序度，是提高有機(jī)電子器件性能的有效方法，是目前研究中的熱點(diǎn)。同時(shí)，可大規(guī)模溶液加工是有機(jī)半導(dǎo)體較無(wú)機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)所在。因此，發(fā)展簡(jiǎn)單高效的溶液法制

2、備高度有序的有機(jī)半導(dǎo)體及其異質(zhì)結(jié)對(duì)高性能有機(jī)電子器件的研究具有重要的意義。
　　本論文從高性能有機(jī)半導(dǎo)體單晶及其異質(zhì)結(jié)的溶液制備方法出發(fā)，以制備高性能有機(jī)半導(dǎo)體單晶器件為目標(biāo)，開(kāi)展了一系列工作。
　　論文第一章綜述了有機(jī)半導(dǎo)體單晶的制備方法，有機(jī)半導(dǎo)體單晶異質(zhì)結(jié)的研究進(jìn)展，以及單晶異質(zhì)結(jié)在場(chǎng)效應(yīng)晶體管和光伏器件中的應(yīng)用。
　　論文第二章研究了溶液固定結(jié)晶(droplet-pinned crystallization，D

3、PC)法生長(zhǎng)多個(gè)不同類(lèi)型的有機(jī)半導(dǎo)體小分子?；?個(gè)p型分子和2個(gè)n型分子的取向單晶，制備了底柵-頂接觸型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET）并研究了載流子遷移性能。取向晶體都獲得了較蒸鍍或溶液無(wú)定形薄膜更高的空穴或電子遷移率。
　　論文第三章研究了一種簡(jiǎn)單高效的溶液制備有機(jī)半導(dǎo)體單晶異質(zhì)結(jié)的方法。以2，7-二辛基[1]苯并噻吩[3，2-并][1]苯并噻吩(2，7-dioctyl[1]benzot

4、hieno-[3，2-b][1]benzothiophene，C8-BTBT)和富勒烯碳-60(C60)為主要研究對(duì)象，制備并表征了具有雙層結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體單晶異質(zhì)結(jié)。通過(guò)選區(qū)電子衍射(selected areaelectron diffraction，SAED)證明了制備異質(zhì)結(jié)是由兩種單晶構(gòu)成。同時(shí)還研究了溶液法制備有機(jī)單晶異質(zhì)結(jié)的機(jī)理及其生長(zhǎng)條件。選擇不同的溶劑，可以生長(zhǎng)出不同形貌的單晶異質(zhì)結(jié)?；谶@個(gè)溶液方法，還發(fā)展制備出多種成分

5、不同的有機(jī)單晶異質(zhì)結(jié)材料。
　　論文第四章制備了基于C8-BTBT和C60單晶異質(zhì)結(jié)的FET器件并研究了單晶異質(zhì)結(jié)的雙極型傳輸場(chǎng)效應(yīng)特性。通過(guò)選擇不同的溶劑和組分溶度，分別研究了單晶異質(zhì)結(jié)形貌對(duì)器件性能的影響。帶狀C8-BTBT/帶狀C60單晶異質(zhì)結(jié)和帶狀C8-BTBT/針狀C60單晶異質(zhì)結(jié)都表現(xiàn)出了顯著的雙極型傳輸特性。帶狀單晶異質(zhì)結(jié)獲得了最高0.16 cm2V-1s-1的空穴遷移率和0.17 cm2V-1s-1的電子遷移率。帶

6、狀C8-BTBT/針狀C60單晶異質(zhì)結(jié)獲得了10-1 cm2V-1s-1的空穴遷移率和10-5cm2V-1s-1的電子遷移率，其中電子遷移率較低的原因主要是C60在溝道中的覆蓋率較低且空氣穩(wěn)定性差。
　　論文第五章從有機(jī)半導(dǎo)體單晶具有更大的激子擴(kuò)散距離和更高的載流子遷移率這個(gè)角度出發(fā)，研究了3，6-雙（5-（4-正丁基苯基）-2-噻吩)-2，5-雙(2-乙基己基)吡咯[3，4-并]吡咯-1，4-二酮(3，6-bis(5-(4-n-

7、butylphenyl)thiophene-2-yl)-2，5-bis(2-ethylhexyl)pyrrolo[3，4-c]pyrrole-1，4-dione，DPP-PR)和C60體系的有機(jī)單晶異質(zhì)結(jié)的形貌和晶體結(jié)構(gòu)，及其光伏響應(yīng)行為?；贒PP-PR在上-C60在下的單晶異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO/DPP-PR-C60/MoO3/EGaIn的反型光伏電池器件。獲得了0.46％的光電轉(zhuǎn)換效率，相對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的氣相法單晶異質(zhì)