基于共轭聚合物垂直分层复合膜的可拉伸晶体管

发布时间：2020-09-14 11:48

　　 当前,人们对可穿戴和可植入设备的需求迅速增长。可拉伸器件能够保证可穿戴和可植入设备舒适贴合、精确测量和使用寿命,因此它的实现是至关重要的。相比于传统的硅基材料,共轭聚合物由于可溶液加工、相对低的模量(E)和高度可调的化学结构等特点而受到越来越多的关注。本文主要研究了聚3-己基噻吩(P3HT)与苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SIS)共混制备的垂直双层结构的复合膜,并将其应用于可拉伸晶体管。工作内容如下:(1)P3HT/SIS垂直分层复合膜的研究。将P3HT与绝缘聚合物SIS的共混溶液旋涂到高表面能的基底上,通过表面诱导垂直相分离获得P3HT富集在顶部和SIS沉积在底部的的垂直双层结构的复合膜,一步获得了有机薄膜晶体管的半导体层与绝缘层。通过改变复合膜中P3HT的含量来调控复合膜的相态结构,结果表明P3HT浓度为0.25 mg/mL时(复合膜P3HT-0.25),P3HT在SIS基质的表面铺满,形成一层上表面连续而相界面粗糙的超薄膜,厚度约为3.91 nm,并且在此配比下的场效应性能最佳,获得了1.0×10~(-2) cm~2V~(-1)s~(-1)的平均迁移率。此外,复合膜的场效应性能均表现出较好的均匀性和重复性。提供了一种简单且高效的方法来一步获得可拉伸半导体和绝缘层,为制作可拉伸晶体管提供了可能。(2)拉伸状态下的P3HT/SIS复合膜的场效应性能研究。通过将复合薄膜转移到弹性体表面进行拉伸的方法,研究了不同拉伸应变下的复合薄膜的有机薄膜晶体管器件场效应性能,测试结果表明,复合膜表现出较高的耐拉伸性,其中复合膜P3HT-0.25在施加低于50%的拉伸应变时,没有裂纹形成,迁移率(μ)的下降变化不明显,施加100%的拉伸应变时才出现微小裂纹,μ下降了84.5%(相对于未拉伸状态)。循环拉伸测试结果表明,复合膜P3HT-0.25在50%应变下循环拉伸200次未观察到裂纹,而迁移率在前几次循环拉伸后表现出微弱的下降,之后维持稳定。P3HT/SIS复合膜的耐拉伸性归因于共混相分离形成的P3HT/SIS垂直分层的褶皱界面和超薄的P3HT半导体层的形成。(3)基于P3HT/SIS复合膜的可拉伸晶体管的制备及性能研究。设计了一种适用于P3HT/SIS复合膜的可拉伸晶体管的制备方案。使用弹性体与金属复合的可拉伸电极作为源漏电极,镓铟液态金属(EGain)作为栅极,复合膜P3HT-0.25作为半导体层和绝缘层,制备了可拉伸晶体管器件。在未施加拉伸应变时,可拉伸晶体管的μ为1.3×10~(-2) cm~2V~(-1)s~(-1)。可拉伸晶体管在在施加低于50%的拉伸应变时,μ有所下降,但下降控制在一个数量级以内,当释放应变之后,μ有所恢复。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN32
【部分图文】：

1.1 有机薄膜晶体管的器件结构示意图：（a）底栅顶接触（BGTC），（b）底栅底接（BGBC），（c）顶栅顶接触（TGTC），（d）顶栅底接触（TGBC）。ig 1.1 Schematic diagram of device structure of organic thin film transistor: (a) Bottom gontact (BGTC), (b) Bottom gate contact (BGBC), (c) Top gate contact (TGTC), (d) Top gcontact (TGBC) ..2 有机薄膜晶体管的工作原理及性能参数源极通常接地（VS= 0），将电压施加到栅极和漏极，源极和漏极之间的为源极-漏极电压（VDS）。源极是注入载流子的电极。相对于源极，当栅极电压（VG）时，源极注入电子，当施加负的 VG时，源极注入空穴加的 VG来确定沟道中累积的电荷量，从而确定源极和漏极之间的电流漏极电流：IDS）。沟道中累积电荷量与 VG和绝缘层的电容密度（Ci）成正，电荷仅在距离半导体-电介质界面非常短的距离内累积，通常在第一。并非所有感应电荷都是可移动的并且对有机薄膜晶体管中的 IDS有贡应电荷移动之前，首先必须填充任何存在的深陷阱状态。也就是说，必

第一章 绪论加都不会显著增加 IDS，IDS达到饱和（图 1.3a），该区域称为饱和区。 饱和电IDS(sat)几乎与 VDS无关，与 VG呈二次方关系，并与载流子的饱和迁移率（μsa呈线性关系： (sat) = 2 ( )2(1

合肥工业大学硕士学位论文可能低，而电荷累积时的导通电流应尽可能高。在有机薄膜晶体管中，未掺杂半导体的体电阻很大程度上决定了截止电流。根据预期的应用，需要 106至 109的开关比。有机薄膜晶体管的 IDS-VG特性通常表示为转移特性曲线，即恒定的 VDS下，IDS随 VG的变化，或者作为输出特性曲线，即 IDS相对于一组恒定 VG的 VDS（见图 1.3）。输出特性曲线对于确定线性区和饱和区的有效的 VDS范围是有益的。它们还可以确定是否为欧姆接触，也就是说，IDS不会随着低 VDS线性增加，而是呈现典型的 S 形曲线。正常情况下，应绘制正向和反向电压扫描以评估任何可能的载流子的捕获，载流子的捕获会导致电流的滞后。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵世亮;;复合膜“隧道”现象的产生原因及解决办法[J];印刷技术;2019年05期

2 杨丽;杨永强;奚振宇;魏昕;王玉杰;;高性能工业用聚砜平板复合膜的制备[J];现代化工;2017年05期

3 杨艳艳;田宝杨;冯素洋;曲小姝;;磷钨酸盐/中性红复合膜的制备及电致变色性能研究[J];东北师大学报(自然科学版);2017年02期

4 贾淑平;燕子红;潘言亮;木合塔尔·吐尔洪;;核桃青皮多酚改性壳聚糖-明胶复合膜的制备及其性能[J];精细化工;2017年08期

5 ;我国复合膜减薄部分研究达国际水平[J];塑料科技;2016年04期

6 韩谨潞;李琪琪;汤廉;陈仕艳;王华平;;细菌纤维素基电磁功能复合膜的制备与性能研究[J];功能材料;2015年14期

7 代明江;韦春贝;周克崧;朱敏;侯惠君;林松盛;佟鑫;;磁控溅射W/DLC/W-S-C复合膜的制备及其性能（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年09期

8 付宁;赵雄燕;姜志绘;;复合膜减薄技术趋势分析[J];印刷技术;2015年20期

9 刘莉莉;李思东;唐冰;杨锡洪;李普旺;杨子明;;壳聚糖/明胶食品保鲜复合膜的热稳定性研究[J];食品工业科技;2014年08期

10 郑育英;黄文涛;付成波;黄天侯;;锂离子电池轻薄铝塑复合膜的热封条件[J];电池;2013年04期

相关会议论文 前10条

1 李锦珍;何婷;胡洋;周武艺;;静电喷射法制备三层结构载药复合膜及其缓释性能的研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十八分会：纳米生物效应与纳米药物化学[C];2016年

2 吴秀娟;曹丽琴;王吉德;;壳聚糖基硅藻土复合膜对染料吸附性能的研究[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题L 高分子复合体系[C];2015年

3 侯兰兰;王女;赵勇;;双层梯度浸润性有机/无机复合膜用于水单向透过[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题L 高分子复合体系[C];2015年

4 叶友鑫;何雨航;郑程光;李德富;穆畅道;;抗菌型明胶-茴香烯/β-环糊精包合物复合膜的性能研究[A];2015年中国化工学会年会论文集[C];2015年

5 严辉;邹云娟;宋雪梅;张兴旺;王波;陈光华;马国斌;;富勒烯-聚甲基丙烯酸甲脂复合膜的结构研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年

6 严辉;宋雪梅;邹云娟;张兴旺;王波;陈光华;马国斌;;C_(60)—PMMA复合膜的光荧光特性[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年

7 王娟;杨盛;张宇峰;孟建强;;中空纤维纳滤复合膜制备的工业化探索[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C];2009年

8 苗睿瑛;方勇;唐玲;李建玲;王新东;;直接甲醇燃料电池用离子液体复合膜的制备及性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

9 邱礼平;资名扬;胡碧君;温其标;;天然高分子复合膜的制备及性能研究[A];“食品加工与安全”学术研讨会暨2010年广东省食品学会年会论文集[C];2010年

10 雷启福;钟世安;杜邵龙;彭密军;周春山;;分子印迹复合膜的合成及其拆分性能研究[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年

相关重要报纸文章 前10条

1 谭倩倩　记者 江东;福建食品用非复合膜合格率100%[N];中国质量报;2010年

2 记者施建平;福建食品用非复合膜合格率为100%[N];中国食品报;2010年

3 林其水;复合膜生产中两种常见问题的分析处理[N];中国包装报;2008年

4 川文;复合膜生产工艺日趋完善[N];中国包装报;2004年

5 铝包;复合膜在我国医药软包装中的应用[N];中国包装报;2005年

6 孙志明;复合膜质量控制[N];中国包装报;2008年

7 ;复合膜生产工艺知识[N];中国包装报;2002年

8 孙平;生产复合膜应关注环保[N];中国包装报;2003年

9 孙长河;复合膜生产中常见问题解析[N];中国包装报;2003年

10 本报记者 左志红;软包装印企如何应对塑料复合膜、袋新标准[N];中国新闻出版报;2009年

相关博士学位论文 前10条

1 李双雯;定向有序结构的聚合物基复合膜的研究[D];天津大学;2017年

2 潘海;填充型聚芳醚腈复合材料的微纳结构控制与性能研究[D];电子科技大学;2019年

3 马永会;共蒸发磁性纳米颗粒复合膜微观结构演化和磁性能的强磁场调控[D];东北大学;2017年

4 马倩云;塔拉胶基pH响应复合膜的制备及性能研究[D];东北林业大学;2018年

5 刘彩虹;聚酰胺复合膜功能层抗污染调控机制研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 董劲;Eu配合物/EVA复合膜的制备及在晶体硅太阳能电池中的应用研究[D];东南大学;2017年

7 兰永强;木基生物炭在渗透蒸发复合膜中应用的研究[D];东北林业大学;2017年

8 刘顺利;基于有机金属配位键构建功能高分子网络结构及性能研究[D];东南大学;2018年

9 杨丽彬;有机/无机杂化薄层复合膜的制备及分离性能研究[D];北京工业大学;2018年

10 莫锦鹏;纳米多孔材料/聚硅氧烷复合膜及其介电行为研究[D];华南理工大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘镇;基于共轭聚合物垂直分层复合膜的可拉伸晶体管[D];合肥工业大学;2019年

2 汤子潇;异质结光催化复合膜的制备及其可见光下降解水中罗丹明B的性能研究[D];江苏大学;2018年

3 杨柳;磁光功能化各向异性导电柔性三明治结构复合膜的组装[D];长春理工大学;2019年

4 常凯;聚合物杂化陶瓷复合膜：制备、表征与性能评价[D];河南科技大学;2019年

5 刘中桃;石墨烯基/碳纳米管复合膜的制备与性能研究[D];河北工业大学;2017年

6 周姝妤;胶原蛋白/双醛化纤维素纳米晶须复合膜的制备、表征及其眼部给药研究[D];江南大学;2019年

7 黄慧敏;碳纳米材料复合膜分离-催化氧化去除水中常见有机污染物[D];苏州科技大学;2019年

8 陈鹤天;双各向异性导电磁光多功能柔性三明治结构复合膜的构筑[D];长春理工大学;2019年

9 张欣;淀粉复合膜生物降解性能与应用研究[D];山东农业大学;2019年

10 赵成;固定Z型TiO_2复合膜光催化材料的制备及光催化活性的研究[D];辽宁大学;2019年

本文编号：2818137