n型空气稳定、高迁移率有机微纳单晶阵列的制备及其光电器件的应用

发布时间：2017-08-05 16:07

  本文关键词：n型空气稳定、高迁移率有机微纳单晶阵列的制备及其光电器件的应用

  更多相关文章： 有机微纳单晶 定向阵列 n型有机场效应晶体管 光电探测器

【摘要】：近几年来,一维有机半导体材料由于其不同于无机材料的独特性质,和其在光电领域的广泛应用,得到越来越多研究者的关注。有机场效应晶体管是这类材料最重要的应用之一,其中n型有机半导体材料由于空气稳定性差、溶解度小、种类少等缺点极大限制了n型有机场效应晶体管的发展,远落后于p型有机场效应晶体管。然而,由于大规模集成电路实际应用的需要,制备大面积、高性能、空气稳定的n型有机晶体阵列是极其重要的。目前,基于p型有机半导体材料阵列化图案化的报道已有很多,但关于n型的却非常稀少。因此,研究制备大面积n型有机场效应晶体管器件的定向阵列是十分必要和紧迫的。本文着重研究了n型有机微纳单晶阵列的制备及其在光电器件方面的应用。一、加热提拉法制备n型难溶有机微纳单晶阵列及其高性能场效应晶体管的应用本工作改进了传统的垂直提拉法,利用加热的方式提高了难溶n型材料的溶解度,通过热提拉成功制备了该材料的单晶纳米带阵列。构筑的底栅顶接触结构的n型有机场效应晶体管(OFET),其单个器件的电子迁移率最高达2.33 cm2 V-1 s-1,器件阵列的平均电子迁移率达到0.97 cm2 V-1 s-1。制备的OFET器件不仅具有优秀的性能,而且空气稳定性较好。通过测试第一天和储存在空气中30天之后器件的性能,30天内,迁移率衰减31.3%,且电流开关比、阈值电压大致稳定。最后,我们检验了这种加热提拉法对于其他难溶有机小分子的普适性,在选取的两种溶解度较差的有机小分子中,纳米带单晶阵列均被成功制备,同时具有较好的OFET器件性能。因此,本工作推动了难溶有机半导体材料的阵列化合成的发展及其n型光电器件的应用。二、斜坡挥发结合模板辅助制备大面积高迁移率空气稳定n型有机场效应晶体管阵列针对上个工作存在所生长的纳米带阵列厚度不均匀和不能大面积化的两个问题,本工作引入加热状态下斜坡挥发生长的方法,成功解决了这个两个问题,同时得到了更好的器件性能。本工作以BPE-PTCDI为目标化合物,制备了均匀的大面积n型单晶纳米带阵列。通过使用平行的光刻胶条纹作为模板来辅助生长,使得纳米带高度阵列化且可以精确定位;通过引入斜坡,避免了溶液在水平基底上生长所发生的咖啡环效应;通过控制溶液浓度和斜坡的角度,可以调节单晶纳米带的厚度和宽度。构筑的底栅顶接触OFET器件,其单个器件的电子迁移率最高达2.89cm2 V-1 s-1,器件阵列的电子迁移率平均1.27 cm2 V-1 s-1。器件不仅具有优秀的性能,而且空气稳定性也得到进一步提高。通过测试第一天和储存在空气中50天之后器件的性能,50天内,迁移率衰减13%,电流开关比稳定,阈值电压正向漂移14%。最后,我们制备了5*5的器件阵列来验证器件性能的均一性。三、基于柔性基底的高探测率、宽光谱有机微米线光电探测器本工作以有机小分子BPE-PTCDI为目标化合物,通过使用不良溶剂成核法制备了BPE-PTCDI微米线,研究了该材料在柔性光电探测器方面的应用。我们基于PET柔性基底,通过简单的滴涂法制备了微米线光电探测器。该光电探测器在紫外可见光波段内(302 nm-650 nm)有响应,平均开关比大于200,比探测率超过1011Jones,并且具有不错的外量子效率和响应度。最后,针对性地做了器件机械柔性和电学稳定性测试。在弯曲数百次之后,器件仍可正常工作且光电流没有明显变化,同时不同的弯曲状态对于器件的光电流没有明显影响。因此,本工作显示微米线光电探测器在未来的有机光电子器件领域具有潜在应用。
【关键词】：有机微纳单晶 定向阵列 n型有机场效应晶体管 光电探测器
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN36;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-40
• 1.1 有机半导体纳米材料概述12-13
• 1.2 有机微纳单晶材料的定向排列与图案化13-27
• 1.2.1 自组装14-19
• 1.2.2 涂布技术19-22
• 1.2.3 印刷技术22-25
• 1.2.4 物理气相沉积25-27
• 1.3 有机微纳晶体的器件应用27-32
• 1.3.1 有机场效应晶体管27-30
• 1.3.2 有机光电探测器30-32
• 1.4 课题的提出与意义32-33
• 1.5 参考文献33-40
• 第二章 加热提拉法制备n型难溶有机微纳单晶阵列及其有机场效应晶体管的应用40-58
• 2.1 引言40-41
• 2.2 实验部分41-44
• 2.2.1 实验材料41-42
• 2.2.2 模板基底的制备42
• 2.2.3 PTCDI-C_(13)、PTCDI-C_8和BPE-PTCDI纳米带阵列的制备与表征42-43
• 2.2.4 器件的制备与测试43-44
• 2.3 结果与讨论44-55
• 2.3.1 定向纳米带阵列的制备及表征44-45
• 2.3.2 加热提拉法制备纳米带阵列的生长机制和控制实验45-48
• 2.3.3 基于纳米带阵列的光电器件48-53
• 2.3.4 加热提拉法的普适性及相关器件的制备53-55
• 2.4 本章小结55
• 2.5 参考文献55-58
• 第三章 斜坡挥发结合模板辅助制备大面积高迁移率空气稳定n型有机场效应晶体管阵列58-75
• 3.1 引言58-59
• 3.2 实验部分59-61
• 3.2.1 实验材料59
• 3.2.2 模板基底的制备59-60
• 3.2.3 BPE-PTCDI纳米带阵列的制备与表征60
• 3.2.4 器件的制备与测试60-61
• 3.3 结果与讨论61-71
• 3.3.1 大面积n型BPE-PTCDI纳米带单晶阵列的制备与结构分析61-63
• 3.3.2 斜坡加热挥发法的生长机制和控制实验63-66
• 3.3.3 基于BPE-PTCDI纳米带阵列的n型有机场效应晶体管的制备与表征66-71
• 3.4 本章小结71
• 3.5 参考文献71-75
• 第四章 基于柔性基底的高探测率、宽光谱有机微米线光电探测器75-87
• 4.1 引言75-76
• 4.2 实验部分76-78
• 4.2.1 实验材料76
• 4.2.2 BPE-PTCDI微米线的制备与表征76-77
• 4.2.3 器件的制备与测试77-78
• 4.3 结果与讨论78-84
• 4.3.1 BPE-PTCDI微米线的制备和形貌结构分析78-79
• 4.3.2 BPE-PTCDI微米线光电探测器的性能表征79-83
• 4.3.3 器件的柔性测试和电学稳定性表征83-84
• 4.4 本章小结84
• 4.5 参考文献84-87
• 结论87-89
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文89-91
• 致谢91-92

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