有机双极型薄膜场效应晶体管的制备和应用
本文选题:有机双极型半导体 + 有机薄膜场效应晶体管 ; 参考:《兰州大学》2015年硕士论文
【摘要】:自上世纪八十年代以来,有机场效应晶体管的研究得到了广泛的关注。有机场效应晶体管不仅是新一代廉价和柔性的有机电路的基础构建模块,而且它们也提供了一个重要的视角来了解π共轭系统中电荷的传输,并作为一个重要的工具来探索π共轭系统中结构与性质之间的关系。在本论文中,我们首先介绍了有机双极型薄膜场效应晶体管器件的构筑方法。我们尝试通过提高分子的纯度,改变蒸镀时的基底温度,加入SAMs和缓冲层来修饰场效应晶体管中两个重要的界面,从而提高薄膜器件的性能。接下来,我们成功地用溶液法获得了具有高性能的TIPSPEN的器件,并且初步尝试了用溶液法制备有机单晶场效应晶体管。此外,构筑了一系列基于双极性有机场效应材料反相器的构筑,探讨了双极性材料场效应晶体管和有机反相器的电学性质以及两者之间的相互关系。最后,分别构筑了单层和双层有机光敏场效应晶体管,并且探讨了其光响应的特性。本论文主要包含了以下六部分的内容:第一章,简单地介绍了有机π共轭材料的发展情况。主要介绍了有机场效应晶体管的基本知识,包括工作原理、伏安特性曲线、电荷传输模型、电极的注入以及栅极绝缘层作用。分析了影响器件性能的两个因素:π共轭系统的影响和器件物理性能的影响。此外,简要地介绍了有机小分子材料的类型。第二章,我们制备了基于有机双极性材料的薄膜器件,为了提高器件的性能,我们对组成器件的半导体层和器件中的两个界面进行优化。通过用管式炉对材料提纯;在蒸镀的过程中改变基底温度;用SAMs修饰绝缘层/有机半导体间的界面;引入很薄的缓冲层修饰有机半导体/电极间的界面等方法优化了器件性能。第三章,我们尝试了用溶液法制备有机场效应晶体管。通过滴涂法成功地制备了具有高性能的TIPSPEN的器件,同时将该方法用于双极型分子中,并且对方法进行了优化。此外,我们初步尝试用溶液法构筑单晶器件,但是器件性能不理想,仍需要进一步优化。第四章,我们制备了一系列基于两种单极型和双极性的有机小分子半导体材料的反相器。对电压转移特性曲线、增益以及噪声容限等重要参数进行了测试,并且研究了互补型反相器和双极型反相器的工作原理,探究场效晶体管载流子传输性质与以其为基础的反相器性能之间的相互关系。第五章,我们分别构筑了单层和双层有机光敏场效应晶体管。首先我们获得了对红光有较大响应的单层光敏器件。此外,为了提高光响应特性,引入了有机异质结的结构,我们发现对于不同结构的双层器件,不仅表现出了不同的场效应特性,也表现出了不同的光响应特性。第六章,总结了本论文所进行的工作以及还需要完善的地方,分析了当今有机场效应晶体管研究所面临的挑战和机遇。
[Abstract]:Since the eighties of the last century, the research of airfield effect transistors has been paid more and more attention.Airfield effect transistors are not only the basic building blocks of a new generation of cheap and flexible organic circuits, but they also provide an important perspective on the transmission of charges in 蟺 conjugate systems.And as an important tool to explore the relationship between structure and properties in 蟺-conjugate systems.In this thesis, we first introduce the construction of organic bipolar thin film FET devices.We try to improve the performance of thin film devices by improving the purity of molecules, changing the substrate temperature during evaporation, adding SAMs and buffer layer to modify two important interfaces in FET.Then, we have successfully obtained TIPSPEN devices with high performance by solution method, and we have made a preliminary attempt to fabricate organic single crystal field-effect transistors by solution method.In addition, a series of bipolar field effect material inverters are constructed, and the electrical properties of bipolar material field effect transistors and organic inverters are discussed as well as the relationship between them.Finally, single-layer and double-layer organic Guang Min field effect transistors are constructed, and their optical response characteristics are discussed.This paper mainly includes the following six parts: chapter 1, briefly introduces the development of organic 蟺-conjugated materials.The basic knowledge of field effect transistors is introduced, including working principle, volt-ampere characteristic curve, charge transfer model, electrode injection and the action of gate insulator.The influence of 蟺 conjugate system and the physical property of the device are analyzed.In addition, the types of organic small molecular materials are briefly introduced.In chapter 2, we fabricate thin film devices based on organic bipolar materials. In order to improve the performance of the devices, we optimize the semiconductor layer and the interface of the devices.The device performance was optimized by purifying the material with tube furnace, changing substrate temperature during evaporation, modifying the interface between insulation layer and organic semiconductor with SAMs, and introducing a very thin buffer layer to modify the interface between organic semiconductor and electrode.In chapter 3, we try to fabricate the airfield effect transistor by solution method.TIPSPEN devices with high performance have been successfully fabricated by drop coating method. The method has been applied to bipolar molecules and the method has been optimized.In addition, we try to construct single crystal device by solution method, but the performance of the device is not ideal, so it needs further optimization.In chapter 4, we prepare a series of inverters based on two unipolar and bipolar organic small molecular semiconductor materials.Some important parameters, such as voltage transfer characteristic curve, gain and noise tolerance, are tested, and the working principles of complementary inverter and bipolar inverter are studied.The relationship between the carrier transport properties of field-effect transistors and the performance of the inverters based on them is investigated.In chapter 5, we construct single layer and double layer organic Guang Min field effect transistors.First of all, we obtain a single layer Guang Min device which has a large response to red light.In addition, in order to improve the optical response characteristics, the organic heterojunction structure is introduced. We find that the double-layer devices with different structures not only exhibit different field effect characteristics, but also exhibit different optical response characteristics.In the sixth chapter, the thesis summarizes the work done in this paper, and analyzes the challenges and opportunities of the research on the airport effect transistors.
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN386
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,本文编号:1770487
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