溶剂选择对有机薄膜晶体管气敏特性的影响
发布时间：2022-01-01 18:29
有机薄膜晶体管（Organic Thin-Film Transistor,OTFT）由于其有机半导体（Organic Semiconductors,OSCs）功能层的强大且可控的化学敏感性以及在后端电路中晶体管的参数放大能力,在物理、生物以及化学传感器、可穿戴电子器件等领域中备受人们关注,并成为现代有机电子应用领域中的元器件与重要组成部分。其中,针对可能给人体健康安全产生危害的少数有毒有害气相原子或分子检测与分析上,基于OTFT的气体传感器具有敏感材料设计灵活、集成度高、信号增益大以及多参数探测等特点,在危险气体探测和生物医疗领域中具有重要意义与广阔的应用前景。近年来,研究者主要围绕敏感材料的化学结构修饰、薄膜形貌调控、功能层之间的界面修饰等方面对气体探测性能进行优化,并利用OTFT作为信号转换器,也作为信号放大器,实现多参数探测。因此,本论文从近期OTFT的应用基础角度出发,结合其发展动态,首先研究了OTFT器件中OSCs薄膜形貌与气敏响应的相互关系,优化OSCs的结晶度与晶界密度,从而实现高性能、高响应度的OTFT气体传感器;随后,研究了聚合物介电层中羟基对于OTFT气体传感器稳定...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OTFT的四种基本结构示意图
电子科技大学硕士学位论文4GDSlogdVSSdI（1-3）log1iSSBCSSeNqKTq（1-4）图1-2（b）为OTFT器件的输出特性曲线，同一条曲线中，VDS为固定值，IDS随VG变化而变化，表现为栅极电压VG对导电沟道中电流的调制作用。当栅极电压VG大于阈值电压VT且保持不变，VDSVG-VT时，器件工作在线性区域，沟道电流IDS随VG线性增加；当VDSVG-VT时，器件此时处于预夹断状态，漏极处的载流子刚好被耗尽，IDS趋于饱和；当VDSVG-VT时，器件工作在饱和区域，IDS饱和，不再增大，增大的电压大部分落在了耗尽区。公式（1-5）和（1-6）分别描述了OTFT器件工作在线性区和饱和区时，IDS与VG的关系：DSiDSGTWICVVVL（1-5）2DSGT2iWICVVL（1-6）（a）（b）图1-2OTFT器件的工作特性曲线示意图。(a)在固定源漏电压下，源漏电流随栅电压变化的转移特性曲线；(b)在不同栅电压下，源漏电流随源漏电压变化的输出特性曲线[23]此外，OTFT器件中源漏电极与有机半导体层间的接触电阻RCW与器件的迟滞效应也是不可忽视的器件性能的重要指标。其中，接触电阻RCW主要由源漏电
电子科技大学硕士学位论文6得OTFT器件场效应迁移率也从最初的10-5cm2V-1s-1数量级迅速提升到了10cm2V-1s-1，开关比数值也大幅提升到108次方数量级[31]。OTFT性能的显著提升也为柔性显示、射频识别标签（RFID）、大面积集成电路与传感器等应用提供了实现的可能性[32-35]。由于有机半导体的电子性能依赖于分子堆积、薄膜形态和界面特性，因此科研人员重点围绕着有机分子材料合成、器件制备工艺、器件结构设计与制备等方面，并将其作为一个整体考量，图1-3所示。图1-3有机分子设计与工艺工程在有机薄膜晶体管中的应用[37]在有机分子设计方面，OSC作为载流子聚集与传输的关键部分，对OTFT迁移率等电学性能起着决定性作用。例如在线性并苯结构的OSC材料中（如并五苯、并四苯等），-共轭距离、方向以及相对位移距离描述了相邻分子间的分子轨道重叠程度，这也表明了分子设计对OSC电荷传输性质的重要性。特别地，并苯核长度的选择是经过理论性能极限、化学稳定性与加工难易程度综合考量，WatanableM.等人通过光致发射率光谱法对比蒽、并四苯、并五苯以及并六苯的最高电子已占轨道（HOMO），讨论了分子大小对薄膜形态强烈的依赖性以及在给定温度下，较小的并苯具有更多的三维生长，而较大的并苯趋向于小晶粒的形成[38]。因此，为了进一步提高OSC迁移率，更多的策略包括采用用其他杂芳族环、连接较大的取代基甚至吸电子基团取代部分苯环以降低芳族性[39]。此外，有机介电材料在OTFT
本文编号：3562597
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
OTFT的四种基本结构示意图
电子科技大学硕士学位论文4GDSlogdVSSdI（1-3）log1iSSBCSSeNqKTq（1-4）图1-2（b）为OTFT器件的输出特性曲线，同一条曲线中，VDS为固定值，IDS随VG变化而变化，表现为栅极电压VG对导电沟道中电流的调制作用。当栅极电压VG大于阈值电压VT且保持不变，VDSVG-VT时，器件工作在线性区域，沟道电流IDS随VG线性增加；当VDSVG-VT时，器件此时处于预夹断状态，漏极处的载流子刚好被耗尽，IDS趋于饱和；当VDSVG-VT时，器件工作在饱和区域，IDS饱和，不再增大，增大的电压大部分落在了耗尽区。公式（1-5）和（1-6）分别描述了OTFT器件工作在线性区和饱和区时，IDS与VG的关系：DSiDSGTWICVVVL（1-5）2DSGT2iWICVVL（1-6）（a）（b）图1-2OTFT器件的工作特性曲线示意图。(a)在固定源漏电压下，源漏电流随栅电压变化的转移特性曲线；(b)在不同栅电压下，源漏电流随源漏电压变化的输出特性曲线[23]此外，OTFT器件中源漏电极与有机半导体层间的接触电阻RCW与器件的迟滞效应也是不可忽视的器件性能的重要指标。其中，接触电阻RCW主要由源漏电
电子科技大学硕士学位论文6得OTFT器件场效应迁移率也从最初的10-5cm2V-1s-1数量级迅速提升到了10cm2V-1s-1，开关比数值也大幅提升到108次方数量级[31]。OTFT性能的显著提升也为柔性显示、射频识别标签（RFID）、大面积集成电路与传感器等应用提供了实现的可能性[32-35]。由于有机半导体的电子性能依赖于分子堆积、薄膜形态和界面特性，因此科研人员重点围绕着有机分子材料合成、器件制备工艺、器件结构设计与制备等方面，并将其作为一个整体考量，图1-3所示。图1-3有机分子设计与工艺工程在有机薄膜晶体管中的应用[37]在有机分子设计方面，OSC作为载流子聚集与传输的关键部分，对OTFT迁移率等电学性能起着决定性作用。例如在线性并苯结构的OSC材料中（如并五苯、并四苯等），-共轭距离、方向以及相对位移距离描述了相邻分子间的分子轨道重叠程度，这也表明了分子设计对OSC电荷传输性质的重要性。特别地，并苯核长度的选择是经过理论性能极限、化学稳定性与加工难易程度综合考量，WatanableM.等人通过光致发射率光谱法对比蒽、并四苯、并五苯以及并六苯的最高电子已占轨道（HOMO），讨论了分子大小对薄膜形态强烈的依赖性以及在给定温度下，较小的并苯具有更多的三维生长，而较大的并苯趋向于小晶粒的形成[38]。因此，为了进一步提高OSC迁移率，更多的策略包括采用用其他杂芳族环、连接较大的取代基甚至吸电子基团取代部分苯环以降低芳族性[39]。此外，有机介电材料在OTFT
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