绝缘层表面性质对DNTT薄膜场效应晶体管性能影响的研究

发布时间：2020-04-21 07:25

【摘要】：有机薄膜晶体管是有机电子学领域的最基础元件之一。随着可穿戴传感、电子仿生皮肤、可贴合透明显示等新一代电子产品的快速发展,使有机薄膜场效应晶体管备受研究人员的关注。迁移率决定着器件的开关速度以及输出信号的强度和稳定性,是有机薄膜场效应晶体管的重要性能参数之一。有机薄膜场效应晶体管的导电沟道位于半导体层内紧靠绝缘层的一个或几个分子层内,这导致了器件的电学性能强烈依赖于绝缘层表面性质。对于薄膜器件,绝缘层表面性质不仅影响了器件的载流子传输,还直接影响了其上半导体薄膜的生长。因此绝缘层表面性质是影响有机薄膜场效应晶体管器件性能的重要原因。本论文基于真空沉积法制备的DNTT薄膜场效应晶体管,探究了绝缘层表面性质对有机薄膜场效应晶体管性能的影响,确定了影响器件性能的主导性因素,并明确了其作用规律。根据主导性因素的作用规律,实现对绝缘层表面性质的有目的性改造,提升绝缘层上生长的半导体薄膜质量,提高薄膜器件性能。主要内容如下:1.基于真空沉积法制备半导体薄膜,通过对半导体薄膜的沉积条件的优化,在真空度为5×10~(-4) Pa、衬底温度为60℃、沉积速率为0.1?/s的条件下获得了高质量的DNTT半导体薄膜。基于优化后的沉积条件,在六种绝缘层上制备了DNTT薄膜场效应晶体管,研究绝缘层表面性质对DNTT薄膜场效应晶体管器件性能的影响。结果表明,在黏附能最低的OTS/SiO_2绝缘层上获得了最高的器件迁移率,高达4.75 cm~2V~(-1)s~(-1)。黏附能是影响半导体薄膜生长及器件性能的主导性因素。黏附能越低,半导体薄膜晶粒越大,薄膜质量越高,越有利于获得高迁移率的薄膜器件的规律。2.为了验证黏附能规律的普适性,选取了经典的pentacene半导体材料,在四种与pentacene之间具有不同黏附能的绝缘层上通过真空沉积法制备了pentacene薄膜场效应晶体管。结果表明,在与pentacene半导体之间黏附能最低的OTS/SiO_2绝缘层上获得了最高的器件性能,为1.16 cm~2V~(-1)s~(-1)。基于pentacene薄膜场效应晶体管,成功地验证了黏附能规律的普适性。3.基于黏附能规律,通过OTS修饰对柔性的c-PVA绝缘层进行有目的性的改造,改造后的绝缘层与半导体之间的黏附能由原来的81.92 mJ m~(-2)降低至44.33 mJ m~(-2),随着黏附能的降低,器件迁移率得到明显提升,平均迁移率由0.13 cm~2V~(-1)s~(-1)提升至1.96 cm~2V~(-1)s~(-1)。基于黏附能规律,成功制备出高迁移率的柔性可贴合DNTT薄膜场效应晶体管。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN321.5;TN386

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