基于并五苯的有机薄膜晶体管电极注入效应研究

发布时间：2020-05-20 23:21

【摘要】：有机薄膜晶体管(OTFT)材料来源广泛、可用于柔性衬底和可大规模生产以及它简单的生产工艺,使其成为国内外研究热点之一。金属-半导体界面接触质量是影响OTFT器件性能的关键因素之一。因此,本文重点研究基于并五苯的OTFT器件的电极注入性能。基于调控金属-并五苯界面的接触势垒的方法来提高器件电极注入效应,探究不同性质的电极修饰材料和单电极修饰层结构对接触势垒的影响。首先,探究Au、Ag、Cu三种电极与MoO_3能级匹配效果,发现Cu与MoO_3匹配时,电极-半导体接触势垒最小,最有利于电极的空穴注入。由于载流子在OTFT源漏电极的传输作用有所不同,又研究了MoO_3作为单电极修饰层与双极修饰层对器件性能的不同影响。其次,制备不同厚度的LiF电极修饰层OTFT器件,LiF厚度为4nm时制得的OTFT器件整体性能最优。又将最佳厚度LiF作为双电极修饰层和增加LiF厚度后的漏极修饰层器件性能进行对比分析。LiF作为OTFT电极修饰层对器件性能进行优化时,主要作用机理有所不同。作为漏电极阻挡层时是利用它自身的绝缘特性,提高漏极铜-半导体接触势垒,减小漏电流,使得器件开关比提高一个数量级。再次,由于硫与铜的化合物种类较多,价态不固定而且CuS高温易分解为铜单质与硫单质,所以采用CuS作为电极修饰层,研究CuS复合电极对器件载流子注入效应的影响。制备Ag/CuS与Cu/CuS复合电极OTFT器件,将两种器件的各项性能参数进行对比分析,发现,Cu/CuS复合电极的电极注入效应更高,与标准件相比,载流子迁移率提高1.5倍,开关比提高5.2倍。又制备了CuS复合源电极器件,当Cu/CuS只作源极修饰层时,源漏电流和迁移率变化不大,但器件的开关比反而有所减小,这说明Cu/CuS复合源电极器件结构不利于OTFT器件整体性能的优化。最后,尝试制备Cu/Al合金电极,探究Cu/Al合金电极对OTFT器件性能的影响。发现功函数介于铜与铝之间的Cu/Al合金电极能够改善OTFT载流子的传输,但其作用机制不是对金属-半导体界面接触能级的调控。Cu/Al合金作为OTFT漏电极时能够明显提高金属-半导体界面的势垒高度,阻碍载流子的传输。与单一金属电极标准件相比,开关比提高了一个数量级。
【图文】：

显示屏,柔性,潜在优势,领域

燕山大学工学硕士学位论文都会在有机半导体材料的研发方面投入大量资金，期望在新型材料领域能有新的突破与发现，并且在OTFT方面取得了一些长足的进展。鉴于并五苯与金属接触界面性能以及电荷传输特征的优势，本文均采用并五苯作为有机传输层来制备OTFT器件。1.3 OTFT 的应用OTFT作为光电器件领域中有机薄膜器件的一种，具有很大的发展潜力和应用前景[12]。例如，OTFT可以应用于有机太阳能薄膜电池、有机光电检测器、有机存储设备、LED、柔性显示屏、生物、化学传感器[13]、射频识别设备等方面。柔性显示屏如图1-1所示。

肖特基接触,能带结构,并五苯

于并五苯而言，大部分金属功函数都小于并五苯功函数匹配时金属的费米能级较高。以金属 Cu 做电极为例，如苯接触时，电极表面电子向着并五苯层移动，导致金属带负电，这时候接触界面能带会向上弯曲，在 OTFT 中电场方向是由金属电极指向并五苯层。此时在 MS 界面为势垒区。对于空穴而言，这个注入势垒是就金属的费O 能级之间的高度差。在外加反向偏置电压时，MS 界为多数载流子由金属向并五苯层的注入。EfmLUMOEfsEo EoEfmEo--++++++-空穴阻挡区
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN321.5

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