基于三层绝缘层的柔性有机场效应晶体管的制备与研究

发布时间：2017-10-21 18:07

  本文关键词：基于三层绝缘层的柔性有机场效应晶体管的制备与研究

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【摘要】：柔性低电压高性能有机场效应晶体管的研究对于实现柔性低功耗,大面积制备有机电子器件和存储器件起着至关重要的作用。目前广泛研究的柔性有机晶体管存在制备工艺复杂,操作电压较大,迁移率较低等问题,制备得到的柔性有机晶体管也面临着在实际电路中运用的稳定性问题,例如偏压稳定性、热稳定性以及机械稳定性等,因此研究利用简便的旋涂聚合物材料制备可实现低电压操作并具备高迁移率高稳定性的柔性晶体管具有重要意义。基于课题组前期工作研究,我们以PET作为柔性衬底,研究不同绝缘层的制备工艺,通过对比分析绝缘层的粗糙度和接触角,并五苯生长形貌和器件的电学性能,不断的优化实验找到了最优的绝缘层结构。最优结果为采用PMMA/PVP/PMMA作为绝缘层,采用并五苯作为有机半导体层制备了可实现柔性低电压高性能的有机场效应晶体管。器件工作电压在5 V以内,迁移率可达到1.2 cm2/Vs,阈值电压为-1.3 V,开关比为106,达到了可以驱动低压设备的性能标准。单层的PMMA绝缘层器件存在迁移率较低和不稳定的问题,加入PVP修饰后性能得到提高,但由于PVP材料的问题带来了回滞问题。三层绝缘层结构中,顶层的PMMA为疏水性绝缘层,不仅进一步降低了绝缘层整体的粗糙度,改善了绝缘层的亲水性问题,隔绝了空气中水氧和半导体层电荷进入绝缘层导致的器件性能不稳定。从AFM上可知,三绝缘层为无孔光滑的绝缘层,其上生长的并五苯晶粒最大,相应的载流子迁移率也最大。我们分别对器件进行了偏压测试,热稳定测试和机械稳定性测试。测试结果表明三层绝缘层的器件具有最好的耐偏压性能,在5 V偏压下作用1200 s输出电流没有明显的衰减,施加偏压前后器件的阈值电压变化只有0.07 V。对器件进行热稳定测试,从20℃一直加热到120℃,每种温度均加热2小时,保证器件充分受热。实验结果表明三绝缘层器件可承受100℃的高温2小时并且在高温下仍然具有良好的器件性能,对于加热后的电学性能的变化进行详细分析,并提出了相应的机理解释实验现象。机械稳定性测试中我们分别采用不同的弯曲方式垂直沟道和平行沟道,不同的弯曲保持状态下静置2小时等测试。实验表明器件在连续1000次的机械弯曲状态下,无论是垂直沟道还是平行沟道弯曲性能基本保持稳定,在弯曲保持状态下静置2小时后,阈值电压变化在0.5 V以内,整体显示出良好的低压操作及性能稳定性。我们所研究得到的三层绝缘层柔性低电压有机场效应晶体管具有良好的电学性能和稳定性,为柔性低电压有机场效应存储器的研究提供了新的思路。
【关键词】：柔性低电压有机晶体管 高性能 偏压稳定 热稳定 机械稳定性
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-12
• 1.1 柔性低电压OFTEs的研究背景9-10
• 1.2 柔性低电压OFETs的研究进展10-11
• 1.3 本论文的主要工作11-12
• 第二章 柔性低电压有机场效应晶体管12-24
• 2.1 柔性低电压OFETs基本介绍12-21
• 2.1.1 柔性低电压OFETs基本结构和参数12-13
• 2.1.2 柔性低电压OFETs常用材料13-16
• 2.1.3 柔性低电压OFETs常见分类16-21
• 2.2 柔性低电压OFETs的制备过程21-23
• 2.2.1 材料准备21
• 2.2.2 制备流程21-23
• 2.2.3 器件表征和测试23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 柔性低电压有机聚合物绝缘层及器件的性能24-34
• 3.1 单层PMMA绝缘层器件的制备24-27
• 3.2 PMMA/PVP双绝缘层器件的制备27-30
• 3.3 PMMA/PVP/PMMA三层绝缘层器件的制备30-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 柔性低电压OFETs的电学稳定性测试34-40
• 4.1 偏压稳定性分析与研究34-36
• 4.2 热稳定性分析与研究36-39
• 4.3 本章小结39-40
• 第五章 柔性低电压高性能OFETs的机械性能研究40-47
• 5.1 弯曲半径和方向对柔性低电压OFETs的性能影响40-44
• 5.2 弯曲保持对柔性低电压OFETs的性能影响44-46
• 5.3 本章小结46-47
• 第六章 总结与展望47-49
• 参考文献49-53
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文53-54
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利54-55
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目55-56
• 致谢56

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本文编号：1074623