聚合物界面修饰的酞菁氧钒薄膜制备及性能的研究

发布时间：2020-05-07 09:35

【摘要】：有机薄膜晶体管由于具有柔性、廉价、成本低的优势,具有很好的研究前景。但是针对聚合物界面修饰对薄膜晶体管性能的影响研究比较少。为了改进酞菁氧钒薄膜晶体管的电学性能,获得高迁移率、低阈值电压的晶体管器件,本文在以n型重掺杂Si为衬底的SiO_2绝缘层上分别旋涂了不同配比的有机聚合物材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为界面修饰层,研究了复合薄膜的表面形貌、电容特性以及基于聚合物界面修饰的NO_2气体传感器器件的性能和酞菁薄膜晶体管器件的转移和输出等电学性能。首先利用原子力显微镜(AFM)研究了SiO_2衬底的表面形貌及其粗糙度,发现未经聚合物修饰的SiO_2衬底表面粗糙度约为0.88 nm以上,而经三氯甲烷为溶剂配置的PMMA溶液,使复合薄膜的表面粗糙度降低至0.45 nm、经无水乙醇为溶剂配置的PVP溶液,使复合薄膜的表面粗糙度降低至0.22 nm;经PMMA和PVP界面修饰后的p-6P薄膜的单畴尺寸达到了6~8μm和4μm,较直接生长在SiO_2上p-6P薄膜(单畴尺寸为1μm)更有利于有机材料的生长,使其上生长的薄膜更加平整规则有序、陷阱缺陷少,为制备高性能的薄膜晶体管实验奠定了基础。接着对SiO_2、SiO_2/PVP和SiO_2/PMMA三种绝缘层条件下的电容特性进行了分析,发现单层SiO_2绝缘层的电容达到了10.1 nF/cm~2,经修饰后的SiO_2/PMMA和SiO_2/PVP绝缘层的电容值都有不同程度的降低,达到了7.7 nF/cm~2和7.9 nF/cm~2。基于PMMA界面修饰层的PMMA/p-6P/VOPc制备了薄膜晶体管气体传感器器件。在10、20和25 ppm气体浓度下,电流响应程度与回复程度都得到提升,在10 ppm下提高了约1倍。最后研究了经两种聚合物界面修饰对酞菁薄膜晶体管电学性能的影响,制备了VOPc/Rub异质结薄膜晶体管,得出基于PMMA界面修饰的晶体管器件迁移率达到了0.27 cm~2/Vs,基于PVP界面修饰的晶体管器件迁移率达到了0.064 cm~2/Vs。经PMMA修饰制备的PMMA/p-6P/VOPc/Rub异质结薄膜晶体管,器件的迁移率较p-6P/VOPc制备的晶体管提高了大约十倍,饱和电流提高了一个量级。因此,基于聚合物界面修饰制备的酞菁薄膜晶体管,在实现高性能的OTFT器件领域中有良好的应用前景。
【图文】：

形貌,红荧烯,不纯,形貌

第 1 章绪论来，OTFT 器件的研究呈现出多元化的方向发展，包括半导体材研究、绝缘层的材料和修饰、器件的结构、异质结等等。2012 年，，用酞菁铜（CuPc）作为 OTFT 的有机半导体层，器件表现出高的阈值斜率和较高的电流开关比。随后，2015 年，W. M. Tang[14]对器件进一步研究，改变器件的绝缘层材料，采用二氧化锆（ZrO2）利用退火对器件进一步改善，获得的 OTFT 器件了拥有-0.89 V 的 1.05 V/decade 的低亚阈值斜率。2016 年，He X 等采用红荧烯和二-无机的异质结结构，从而得到了电子迁移率 1.27 cm2/Vs，空穴迁的高性能器件[15]。这是一种典型的异质结结构，同时也给有机半导体材料的结合提供了思路。2017 年，S. Sinha 等人研究了红荧烯和件性能的影响[16]（如图 1.1）。2018 年，不同厚度的红荧烯单晶被电荷传输特性，并且指出了有机/无机和单晶/多晶之间界面层的电图 1.2）。

倍增器,脉冲电压,标签,温度传感器

第 1 章绪论面均有涉及[18]。基于柔性基底制备的柔性液晶显示器早在 2001 年就已经被其性能优异，具备实际应用的潜力。以 OTFT 为基本结构，可以实现在柔性电路印刷制备，实现了基本的电流增强和相关的传感器检测[20]。将 OTFT 器种气体传感器的基本结构是在 20 世纪八十年代首先提出的，当时是为了检杂聚合物对源漏电流导电沟道的影响[21]。后来相关的器件被广泛研究，甚至子鼻[22]、体温传感器等等与人体极为亲和的 OTFT 传感器件。刚刚装修的房究工厂存在大量的污染气体，比如二氧化氮（NO2）、甲醛（formaldehyde）NH3）等等，相应的有机半导体气体传感器也逐渐被研发出来[23,24,25]。比如-3-己噻吩（P3HT）和氧化铁（Fe2O3）纳米复合薄膜的 OTFT 甲醛气体传感器[2二维二硫化锡（SnS2）[27]、CuPc[28]以及 TIPS-并五苯[29]等材料的 NO2气体
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

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