电极接触质量对红荧烯单晶场效应晶体管性能影响的研究

发布时间：2020-11-04 20:10

　　 有机场效应晶体管具有柔性、制备成本低、质量轻、可溶液加工等优势,在柔性显示、逻辑电路、电子皮肤和人工智能等领域展示出了巨大的应用潜力,因此也得到了越来越多研究人员的关注。在有机场效应器件中,电极与半导体接触质量直接决定电荷注入和流出的效率,是影响器件性能的关键因素。其中,真空热蒸镀法是制备器件电极最常用的方法之一,然而这种方法所产生的高温热辐射以及金属原子扩散可能会对有机半导体电极接触界面产生损伤,影响器件性能。但是,至今没有文献在实验上直接证明有机半导体热辐射损伤的存在及其本质。另外,在底接触器件中,电极台阶对器件性能的影响也尚不明确。探究蒸镀过程中热辐射损伤和电极台阶的影响,透彻了解热损伤的本质,将有助于进一步理解和发展器件界面工程,获得高性能有机电子器件。在本论文中,我们基于同一根单晶制备了具有不同电极结构的有机场效应晶体管,以此来消除器件间的差异,探究器件制备过程中热辐射损伤和电极台阶对器件性能的影响。主要研究结果如下:1.利用物理气相输运法提纯和生长高质量红荧烯单晶。在同一单晶上分别采用贴膜电极和蒸镀电极的方式构筑两个顶接触场效应晶体管。我们发现蒸镀电极器件的迁移率明显低于利用无损贴膜电极方式制备的器件。进一步,我们利用开尔文探针力显微镜测试了两种器件的表面电势并探究了它们的接触电阻。结果表明蒸镀电极器件的接触电阻约为贴膜电极器件的2-3倍。我们首次在实验中证明蒸镀电极制备过程中的高温将会造成器件接触电阻的增加,进而影响其迁移率。2.我们模拟了红荧烯单晶器件电极接触区域受热辐射影响的过程,并对比了辐射前后器件迁移率和接触电阻,结果与第二章的结论相吻合。根据红荧烯晶体的XRD、KPFM数据以及器件的转移曲线,我们揭示了晶体热辐射损伤的本质,即热辐射导致晶体内晶格缺陷和电荷陷阱密度显著增加,引起红荧烯HOMO能级向下移动约0.17 eV,导致电极/半导体界面势垒的增加,进而影响器件的迁移率。我们还利用n型半导体材料(TIPSTAP)验证了我们得到的结论。3.探究电极台阶对器件性能的影响。我们制备了图案化的柔性内嵌电极,这种结构可以完全避免电极台阶的影响。我们基于此制备了底栅底接触的红荧烯单晶场效应晶体管,并将其与传统的底接触器件以及顶接触器件进行对比。结果表明,基于内嵌电极的器件具有较高的迁移率,接近典型的顶接触结构器件,远高于传统底接触器件。
【学位单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN386
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 有机场效应晶体管简介
        1.2.1 有机场效应晶体管基本结构
        1.2.2 有机场效应晶体管的基本工作原理
        1.2.3 有机场效应晶体管的特性曲线和基本参数
    1.3 电极/半导体界面性质对器件性能的影响
        1.3.1 常见电极制备方法
        1.3.2 改善电荷注入的常见方法
    1.4 开尔文探针力显微镜（KPFM）相关理论与应用
        1.4.1 KPFM相关理论
        1.4.2 KPFM测定有机场效应晶体管中的接触电阻
    1.5 电极制备过程中的热辐射损伤问题研究现状
    1.6 本文选题依据
第二章 探究真空蒸镀过程中热损伤对红荧烯场效应晶体管性能的影响
    2.1 引言
    2.2 红荧烯单晶场效应晶体管的制备
        2.2.1 红荧烯单晶的提纯和生长
        2.2.2 红荧烯单晶场效应晶体管的制备
    2.3 探究热损伤对OFETs性能的影响
        2.3.1 器件场效应性能
        2.3.2 接触电阻
    2.4 本章小结
第三章 热辐射损伤本质的研究
    3.1 引言
    3.2 热辐射对红荧烯场效应器件性能的影响
        3.2.1 器件制备
        3.2.2 电学性能
    3.3 探究热辐射的本质
        3.3.1 红荧烯晶体功函数的变化
        3.3.2 晶格缺陷
    3.4 热辐射对n型场效应晶体管性能影响的研究
        3.4.1 TIPS-TAP晶体阵列的生长
        3.4.2 TIPS-TAP场效应晶体管的制备及性能测试
    3.5 本章小结
第四章 探究电极台阶对红荧烯器件性能的影响
    4.1 引言
    4.2 柔性内嵌电极器件的制备及性能
        4.2.1 柔性内嵌电极的制备
        4.2.2 基于内嵌电极的红荧烯单晶器件的性能表征
    4.3 本章小结
第五章 结论
参考文献
致谢
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本文编号：2870549