有機(jī)薄膜分子取向影響機(jī)理及其電荷傳輸特性.pdf

1、有機(jī)薄膜晶體管憑借其加工工藝過程簡單、制造成本低廉、有望實現(xiàn)柔性卷到卷（roll-to-roll）大面積生產(chǎn)等特點(diǎn)，已在柔性顯示、柔性存儲、射頻識別（RFID）標(biāo)簽、傳感器等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。但是目前有機(jī)半導(dǎo)體材料的載流子遷移率普遍仍處于較低水平，還無法滿足微電子器件的要求。研究表明，有機(jī)半導(dǎo)體材料的分子取向?qū)Σ牧蟽?nèi)部的電荷傳輸起著決定性作用，不同器件對于分子取向的要求也不盡相同。分子取向取決于有機(jī)分子間相互作用力、有機(jī)分子與絕

2、緣層間相互作用力二者之間的競爭關(guān)系，是可以通過改變外界條件進(jìn)行調(diào)控的。因此，在原子水平上深入理解有機(jī)薄膜沉積生長過程中分子取向影響機(jī)理及電荷傳輸特性，是提升有機(jī)半導(dǎo)體器件性能的核心問題。
　　本學(xué)位論文以典型的并五苯有機(jī)薄膜晶體管有源層的沉積制造為研究對象，通過仿真模擬-理論計算-實驗驗證相結(jié)合的方法，從分子間相互作用力的角度揭示了有機(jī)薄膜初始生長過程中分子取向的形成和轉(zhuǎn)變機(jī)理，探討了工藝參數(shù)對分子取向的影響規(guī)律，對不同工藝參數(shù)下

3、有機(jī)薄膜的電荷傳輸性質(zhì)進(jìn)行了理論預(yù)測，給出了合理的工藝參數(shù)區(qū)間，并通過實驗進(jìn)行了驗證。論文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　結(jié)合理論分析和分子動力學(xué)模擬，研究了并五苯薄膜生長過程中分子由平行取向轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷⑷∠虻默F(xiàn)象，得到了取向轉(zhuǎn)變臨界分子數(shù)，揭示了分子取向是由并五苯分子間相互作用能、并五苯分子與基底間相互作用能二者之間的強(qiáng)弱關(guān)系控制的，基底表面的改變可調(diào)控二者的強(qiáng)弱關(guān)系。
　　基于分子動力學(xué)方法系統(tǒng)地探討了基底溫度和外加電場對

4、并五苯薄膜分子取向的影響規(guī)律，確定了最優(yōu)的基底溫度區(qū)間，以及合理的電場方向和強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，低溫時并五苯分子聚集形成具有直立取向、有序且熱穩(wěn)定的團(tuán)簇；高溫時并五苯分子將形成具有平行取向的無序團(tuán)簇。平行于并五苯分子長軸或短軸的外加電場有助于分子直立在基底表面；垂直于并五苯分子平面的外加電場將使得分子平躺在基底表面。
　　基于 Marcus電荷傳輸理論，結(jié)合分子動力學(xué)方法，密度泛函理論和動態(tài)蒙特卡洛模擬研究了并五苯單晶和團(tuán)簇的電荷傳輸