溶液法制备有机薄膜晶体管有源层的研究

发布时间：2017-05-16 06:10

  本文关键词：溶液法制备有机薄膜晶体管有源层的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几十年,有机半导体材料开始受到人们的关注。在这个背景下,有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistors,OTFTs)的研究也随之开展起来。由于其潜在的优势,溶液加工的有机薄膜晶体管吸引了相当的重视。有机半导体材料在OTFTs中主要起到载流子传输作用,半导体材料的内在性质与界面性质决定了载流子传输快慢,从而决定OTFTs的性能。Rubrene作为一种小分子有机半导体材料,在载流子迁移率、激子扩散长度以及发光效率等方面优势突出,是用于制备OTFTs的最有前景的材料之一。本文研究的内容主要包括以下几个部分：(1)采用溶液旋涂法制备PEDOT薄膜,并使用椭圆偏振光谱仪测量PEDOT薄膜的光学参数。通过使用PEDOT修饰电极,在电极和Rubrene薄膜间形成欧姆接触。(2)探索退火温度对Rubrene薄膜特性的影响,薄膜导电特性在退火温度为373 K时最佳,在10V偏置电压下,电流密度最大可达0.93 A/cm2。(3)选用苯甲醚、氯苯、甲苯和氯仿等溶剂旋涂制备Rubrene薄膜,研究溶剂沸点对Rubrene薄膜特性的影响。使用椭圆偏振光谱分析仪和空间电荷限制电流法分别提取薄膜光学参数和电学参数。结果表明：当使用高沸点的苯甲醚作溶剂时,800 nm下薄膜折射率最大为1.78,粗糙层厚度最小为11.92 nm,空穴迁移率最大为1.58×10-5cm2/(V·s)。随后,调节转速制备较薄的Rubrene薄膜,进一步对其电流传输特性进行分析。发现采用不同溶剂时,Rubrene薄膜具有不同的电流传输特性。随偏置电压的增加,双对数J-V曲线存在斜率依次为1,2,大于3以及2的不同区域。根据不同区域的传输特性,分析相对应的电流传输理论,并结合公式计算薄膜陷阱密度和空穴迁移率。当采用苯甲醚作溶剂时,薄膜有最小的陷阱密度2.43×1017/cm3和最大的空穴迁移率2.41×10-5cm2/(V·s)。(4)研究溶剂蒸汽辅助退火温度对薄膜光学特性的影响。实验结果表明：溶剂蒸汽辅助退火温度由300 K增加到310 K时,800 nm下薄膜光学带隙由2.14 eV减小到2.09eV,而薄膜粗糙层厚度从29.2 nn降到27.4nm。然而,当处理温度达到320 K后,与处理温度为310 K时薄膜相比质量显著劣化。
【关键词】：红荧烯 空间电荷限制电流法 溶剂蒸汽辅助退火 溶剂沸点 椭偏光谱
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 引言7
• 1.2 有机半导体的研究与进展7-9
• 1.2.1 国外研究进展7-8
• 1.2.2 国内研究进展8-9
• 1.3 有机电子器件的应用领域9-10
• 1.3.1 有机发光二极管9
• 1.3.2 有机RFID标签9
• 1.3.3 有机太阳能电池9-10
• 1.3.4 其他应用产品10
• 1.4 有机电子器件面临的挑战10-11
• 1.5 本论文的主要内容11-12
• 第二章 有机薄膜晶体管及其相关理论12-23
• 2.1 有机薄膜晶体管12-19
• 2.1.1 有机薄膜晶体管的结构12-13
• 2.1.2 有机薄膜晶体管的材料13-16
• 2.1.3 有机薄膜晶体管的工作原理16-18
• 2.1.4 有机薄膜晶体管的主要性能参数18-19
• 2.2 有机半导体的注入机制19-22
• 2.2.1 理查德森-肖特基注入模式20
• 2.2.2 富勒-诺德海姆注入模式20-21
• 2.2.3 空间电荷限制电流模型21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 有机薄膜晶体管有源层的制备与研究23-42
• 3.1 器件制备工艺和所用设备23-27
• 3.1.1 旋涂法制备有机薄膜23-24
• 3.1.2 喷墨打印制备银电极24-25
• 3.1.3 椭圆偏振光谱仪提取薄膜光学性能参数25-27
• 3.2 Rubrene材料的性能27
• 3.3 器件的制备及性能研究27-41
• 3.3.1 PEDOT：PSS空穴缓冲层的引入28-30
• 3.3.2 退火温度对Rubrene薄膜电学性能的影响30-31
• 3.3.3 溶剂沸点对Rubrene薄膜性能的影响31-36
• 3.3.4 Rubrene薄膜较薄时的电流特性36-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 溶剂蒸汽辅助退火温度对Rubrene薄膜性能的影响42-48
• 4.1 实验步骤42
• 4.2 溶剂蒸汽辅助退火温度对Rubrene薄膜光学性能的影响42-47
• 4.2.1 溶剂蒸汽辅助退火温度对薄膜折射率的影响43-45
• 4.2.2 溶剂蒸汽辅助退火温度对光学带隙Eg的影响45-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 结论与展望48-50
• 5.1 全文总结48
• 5.2 展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-55
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文55

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