氧化物电子墨水及其薄膜晶体管制备的研究

发布时间：2020-06-19 21:30

【摘要】：随着智能手机等移动电子设备的快速普及,平板显示技术得到极大的发展空间。薄膜晶体管(Thin-Film Transistor,TFT)技术作为平板显示器中的共用技术和核心技术,引起了广泛的关注。当前平板显示应用的主流TFT技术是非晶硅TFT,但由于其迁移率低、稳定性差,难以满足高分辨率平板显示(特别是有机发光二极管显示,OLED)的需求。而氧化物TFT(Oxide TFT)由于迁移率高、均匀性好且制备温度较低的特点而受到了国内外产业界和学术界的关注。目前,基于真空法制备的氧化物TFT已经应用于液晶显示(LCD)和OLED电视产品。与基于真空法制备的TFT相比,溶液加工的TFT具有材料利用率更高、生产成本更低以及更适合大面积制备的优点。溶液加工TFT技术将是未来TFT制备技术的发展方向之一。本文的工作主要研究溶液加工的氧化物TFT的材料及其电子墨水的配制和薄膜制备方法。溶液加工法比真空法更加依赖于退火温度,目前大部分的氧化物前驱体溶液(墨水)的转化温度都在300℃以上。优良的墨水配方能够同时兼顾更低的工艺温度和更高的TFT性能两方面的要求,因此氧化物前驱体溶液的配制是溶液加工中的关键技术。针对这一技术,本文首次对高氯酸盐进行研究,结合吉布斯自由能的理论计算,深入探究高氯酸盐的分解转化机理。在此基础上,进一步研究了一种硝酸盐掺杂的高氯酸盐氧化物前驱体墨水配方,降低了退火温度、提高了迁移率。实验发现,高氯酸根与硝酸根同时存在时,由于硝酸根产生的氧自由基会“攻击”具有正四面体稳定结构的高氯酸根,促使高氯酸根在较低温度下分解,而高氯酸根的分解会产生大量的氧气和不稳定的中间产物,进一步促使分解反应的进行,从而能降低退火温度。基于硝酸盐掺杂的高氯酸盐氧化物前驱体墨水的TFT器件在250℃的退火温度下迁移率高达14.5 cm~2V~(-1)s~(-1),在350℃的退火温度下迁移率超过50cm~2V~(-1)s~(-1),不仅制备温度低于大部分溶液加工氧化物TFT,并且性能更优越。针对传统硝酸盐前驱体墨水转化温度较高,且在更高温退火下氧逸出导致的载流子浓度升高问题提供了一种新的解决方案。本文还对氧化物溶液加工中的另一种低温制膜方法进行了研究,即基于氧化物纳米粒子悬浮液的薄膜制备。与氧化物前驱体溶液法不同的是,分散于溶液中的氧化物纳米粒子无需通过前驱体分解就能成膜,因此这种方法制备薄膜不需要很高的加工温度,兼容大部分类型的衬底薄膜,包括分解温度低于200℃的柔性衬底以及弹性衬底。还研究了不同分散剂(乙酰丙酮和PVP)对成膜质量的影响,在150℃的低温下制备出迁移率超过0.2 cm~2V~(-1)s~(-1)的氧化物TFT。最后制备了可拉伸石墨烯电极衬底,为下一步可拉伸器件的制备打下基础。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TN321.5
【图文】：

拉伸器,本征,构造波,弹性体

华南理工大学博士学位而本征可拉伸器件如图 1-1c 所示，指的是器件各层拥有像弹性体一样本征的拉性，即使不不构筑特殊的结构也能实现薄膜的拉伸，且拉伸时依然保留一定的器件性能明显可以看出，结构可拉伸器件相比于本征可拉伸器件在器件结构上有不少的劣势，先结构可拉伸器件的制备工艺较为复杂，其次大多结构可拉伸器件的表面都十分粗糙这就影响了在可拉伸器件上面再构筑其他结构。这些缺陷极大的限制了结构可拉伸器的实际应用，使其仅仅存在于实验室中或者一些极简单的应用场合。而本征可拉伸器虽然有一系列的优点，有利于以后的实际应用，但是开发出本征可拉伸材料是极其困的，我们都知道拥有本征可拉伸性的单纯的半导体材料是少之又少的，现阶段只能从合材料和新材料的合成两方面去下功夫。

示意图,电路结构,像素,示意图

华南理工大学博士学位开启，形成电源电压线到 OLED 的电流，像素点亮。当扫描栅极电压消失并停止工作。但由于存储电容的存在，选址管压信号并没有消失，保持对驱动管栅极的电压加载，OLED出最简单的有源矩阵像素结构，为了调控电路中 TFT 的性能容，实际上的驱动电路要比这里展示的复杂得多。

【参考文献】