柔性小分子光敏有机场效应管研究

发布时间：2020-07-12 00:36

【摘要】：近年来柔性光敏有机场效应管发展迅速,受到越来越多的关注,柔性器件的应用更加广泛,与传统的刚性器件相比,柔性器件具有制备成本低、质量轻、可弯曲折叠等优点,其在柔性显示等方面的应用前景十分广阔。目前,部分柔性器件性能提高迅速,逐渐有超越非晶硅器件的趋势。但是柔性器件的发展仍面临一些如柔韧性和稳定性较差的问题。本文成功的在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上制备了有机光敏场效应管,并且通过十八烷基三氯硅烷(OTS)对器件的电介质层表面进行处理,获得了性能较稳定的器件,器件放置10 h后,电流下降不到4%。随后,分别对器件进行不同方向、不同半径和不同次数的弯曲,弯曲后发现,器件的性能在弯曲后下降明显,表现为随着弯曲次数的增加或者弯曲半径的减小,器件的阈值电压增大、迁移率减小、光响应度和光生电流下降,各种参性能数的变化都反映了弯曲使器件性能恶化。这可能是在弯曲过程中,由于薄膜断裂导致器件逐渐失去场效应特性。为了优化器件的性能,制备了以傒四甲酸二酐(PTCDA)和酞菁铜(CuPc)的混合材料为光吸收层,以CuPc为沟道传输层的混合平面-体异质结结构的柔性器件,并对其进行与上述相同的弯曲测试。实验结果显示,混合平面-体异质结结构的器件弯曲后光响应度迅速下降,下降幅度和单层器件接近,而该器件的迁移率和阈值电压的变化并不明显。因此,相比于单层器件,优化后的器件弯曲后电学性能更稳定。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386
【图文】：

有机半导体材料,创新应用,柔性,光吸收性

敏有机场效应管的特点及应用机场效应管的制备方法不断优化，适用于制备改善，如：纸、塑料、玻璃和纤维等。在柔性能也逐渐接近。图 1.1 比较了有机半导体和无机体的性能目前还是不及一些无机半导体的性能某些创新应用是无机半导体做不到的，即使无贵，制备成本高。FETs 的发展，柔性器件的应用越来越广，在各作为有机探测器的重要部分，在近些年引起学器广泛用于工业领域，如塑料光纤通信, 物医学沟道载流子传输性能，有机功能层的光吸收能因此，如何制备具有高迁移率，较强光吸收性OFETs 发展中主要问题。

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图 1.2 柔性器件的应用[27]OFETs 现已成功应用于柔性显示设备[8]，射频识别标签(radio frequencyidentification rags，RFIDs)[9]，可穿戴设备[13]、静态随机存取存储器(static randomaccess memory, SRAM)、电子纸和柔性集成电路等[14]。OFETs 也被用于低成本高效探测设备的制备，应用范围十分广泛，如：化学传感[15]，生物传感[16]，气体传感[17]，压力传感[18]等。此外，由于有机半导体具有光敏特性，OFETs 可以和一些光学器件结合制备成光传感器[19]、光控开关、光电存储器件等[20]。如图 1.2列出了柔性器件的几种应用。其中，图(a)是电子人造皮肤；图(b)是制备的性能较好的柔性场效应管，可以在弯曲半径为 1 cm 时弯曲 50 次，并且器件性能没有明显恶化；图(c)是 2010 年 Sony 制备的第一个可弯曲的彩色 OLEDs 显示器，在弯曲时仍可以显示动态图像；图(d)是 Sumsung 研制的基于新型柔性 OLEDs 移动电话[21]。1.3 柔性光敏有机场效应管的研究进展及主要问题

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1）高性能、可以用溶液处理工艺制备的、空气中较稳定的 n 型半导体。目前，n 沟道的 OFETs 性能远不及硅器件，因此限制了有机互补电路的发展。溶液处理的相关工艺方便用于柔性衬底上大面积制备。而目前不适用于 n型半导体材料。因此，在探索高性能的 n 型半导体上仍有很大挑战。2）新型可卷曲的衬底材料柔性衬底的基本性质，如热稳定性，耐溶剂性和热膨胀系数等都有待提高。争取能达到玻璃的水平。3）先进技术的创新据之前文献报道，所有的聚合物都有较好的柔性。然而，溶液处理的器件通常是有较大的特征尺寸。因此有必要通过改善或者改变工艺来获得小尺寸的有机器件。据估计，在接下来的 20 年，有机电子器件会有超过三千亿美元的市场份额。在这个市场内，有机柔性电路至少占有数百亿美元，而且还在不断增加。越来越多的先进企业在柔性有机电路中投入大量资源。它有望与电子与信息技术、生物医学和光学等领域相结合在未来应用中不断发挥重要作用。

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