溶液法薄膜制备工艺中微观表面梯度的作用机制和应用研究

发布时间：2017-06-29 01:17

  本文关键词：溶液法薄膜制备工艺中微观表面梯度的作用机制和应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有机薄膜晶体管具备了生产成本低廉和适于柔性基底制造等优点,在柔性电子制造等领域具有广阔的潜在应用前景。溶液法制备有机薄膜晶体管具备了非真空、低成本及环境友好性等优势而成为一种制造有机电子器件的有效工艺方法。其中,喷墨打印法具备微图形数字化的独特优势,浸渍提拉法拥有简单的一步工艺得到有序有机半导体分子薄膜等一般溶液法不具备的特点。本文主要利用喷墨打印法与提拉浸渍镀膜法制备6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)薄膜作为有源层制作有机薄膜晶体管,并基于此研究了溶液法薄膜制备工艺中微观表面梯度的作用机制和应用。主要内容如下：(1)采用基于金诱导有机半导体薄膜结晶取向的喷墨打印方法,利用表面能差异的诱导作用诱导薄膜生长获得了较优的结晶度和结晶取向。对金诱导区域进行表面处理,以金诱导区域作为喷墨打印起点,打印小分子有机半导体材料TIPS-并五苯单线条薄膜。相对于绝缘层,金诱导区域的表面能色散分量稍高,导致TIPS-并五苯分子更早在金诱导区域固定成核,从而诱导薄膜形成沿着打印方向的取向生长,最终获得大尺寸取向结晶的薄膜微观形貌。通过改变薄膜和金诱导区域的重叠长度L,可以提高器件的迁移率和性能的均匀性。随着L值从150μm增大到350μm,器件的平均迁移率从0.03 cm2V-1s-1提高到0.077 cm2V-1s-1,最大迁移率达到0.151 cm2V-1S'1。当L=250μm时,迁移率的分布趋于集中。(2)通过光刻胶定义图案化图层,使用1H,1H,2H,2H-全氟十烷基三氯硅烷(FDTS)对基底进行选择性化学气相处理得到润湿/非湿润湿区域,采用浸渍提拉法得到图案化TIPS-并五苯薄膜(图案面积为400×500μm2)。实验结果表明：通过对提拉速度的优化,可以明显优化薄膜形貌和提高器件迁移率。在使用氯仿作为溶剂,提拉速度为7 mm/min时,所制备的图案化薄膜器件所获得的最大迁移率为0.66 cm2V-1s-1,开关比可达到4×104。作为对比,通过相同的提拉法镀膜工艺在非图案化的衬底上制备TIPS-并五苯薄膜,在相同的提拉速度下获得了最优的薄膜形貌和器件迁移率。(3)进一步,通过控制浸渍提拉法中溶剂、提拉速度、浓度、温度和衬底材料等参数制备高薄膜覆盖率的TIPS-并五苯有机薄膜晶体管,探究了镀膜过程中影响薄膜覆盖率和器件迁移率的因素。在使用甲苯作为溶剂并控制温度为30。℃时,所制备的器件获得了较优的器件迁移率(0.264 cm2V-1s-1)和薄膜覆盖率(57.16%)。
【关键词】：有机薄膜晶体管 喷墨打印 浸渍提拉镀膜 表面梯度 薄膜覆盖率
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN321.5
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 OTFT的背景介绍17
• 1.2 OTFT的制备方法17-22
• 1.2.1 喷墨打印法18-20
• 1.2.2 浸渍提拉法20-21
• 1.2.3 其他方法21-22
• 1.3 OTFT的应用领域22-26
• 1.3.1 显示领域22-24
• 1.3.2 传感器24-25
• 1.3.3 大规模集成电路25-26
• 1.3.4 超导材料26
• 1.4 本论文的主要研究内容26-27
• 第二章 基本原理27-39
• 2.1 OTFT的基本原理27-33
• 2.1.1 OTFT的基本结构27-28
• 2.1.2 OTFT的工作原理28-29
• 2.1.3 OTFT的电学参数29-32
• 2.1.4 OTFT的材料选择32-33
• 2.2 喷墨打印机的基本原理33-37
• 2.2.1 连续喷墨打印34
• 2.2.2 按需喷墨打印34-37
• 2.3 浸渍提拉镀膜机的基本原理37-38
• 2.4 衬表面能38-39
• 第三章 金诱导TIPS-并五苯的定向生长39-51
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验过程40-42
• 3.2.1 实验材料与仪器40
• 3.2.2 衬底的处理40-41
• 3.2.3 器件的制备41-42
• 3.3 结果表征与讨论42-48
• 3.3.1 基底表面能42
• 3.3.2 金诱导薄膜形貌42-46
• 3.3.3 器件电学性能46-48
• 3.4 喷墨打印的其他共性研究48-50
• 3.5 实验结论50-51
• 第四章 浸渍提拉法制备图案化有机半导体薄膜51-58
• 4.1 引言51
• 4.2 实验过程51-52
• 4.2.1 实验材料与仪器51-52
• 4.2.2 衬底的处理52
• 4.2.3 器件的制备52
• 4.3 结果表征与讨论52-57
• 4.3.1 溶剂的选择52-53
• 4.3.2 溶剂和提拉速度对薄膜形貌的影响53-56
• 4.3.3 器件电学性能56-57
• 4.4 实验结论57-58
• 第五章 浸渍提拉法制备高覆盖率有机半导体薄膜58-66
• 5.1 引言58
• 5.2 实验过程58-60
• 5.2.1 实验材料与仪器58
• 5.2.2 衬底的处理58-59
• 5.2.3 器件的制备59-60
• 5.3 结果表征与讨论60-65
• 5.3.1 覆盖率的计算方法60
• 5.3.2 薄膜覆盖率与器件迁移率60-65
• 5.4 实验结论65-66
• 第六章 结论与展望66-67
• 参考文献67-76
• 附录76-77
• 附表1 实验中主要使用材料一览表76
• 附表2 实验中主要使用仪器一览表76-77
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况77

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