PESE和F-NDI有机半导体薄膜的结构调控与构效关系

发布时间：2017-12-06 08:11

  本文关键词：PESE和F-NDI有机半导体薄膜的结构调控与构效关系

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【摘要】：近几年,有机场效应晶体管正在高速发展,能够满足从电子元件到集成电路的各种电子应用。而有机半导体材料的溶液加工、空气稳定、柔性等优点,更加使其成为近年来有机电子学领域所关注的研究热点。迄今为止,有机单晶场效应晶体管的研究取得了非常显著的成绩,然而苛刻的制备条件、微纳米级尺寸和晶体的脆性都限制了其实际应用。因此,有机半导体薄膜场效应晶体管的研究就显得尤为重要。一般情况下,薄膜晶体管由于晶界和无序的影响,其载流子迁移率远远低于单晶场效应晶体管。因此,大量的研究工作致力于改善薄膜内的晶体结构从而提高载流子迁移率。本论文通过表面诱导结晶成功实现了大面积、结构有序PESE和F-NDI有机半导体薄膜制备,有序取向半导体的薄膜晶体管测试显示了良好的场效应性能,显示出潜在的应用价值。本论文的工作内容主要包括：1.选择了两种高分子材料(HDPE和PVDF),通过熔体拉伸的方法,制备出大面积具有高度取向结构的聚合物薄膜,对厚度约为30～50nm薄膜的结构表征证明其具有分子链沿拉伸方向的高度取向,而结晶学a-和b-轴绕c-轴(分子链轴)任意旋转,即获得了纤维取向的HDPE和PVDF薄膜。将其转移到具有500 nm厚度Si02氧化层的硅片上,作为诱导PESE和F-NDI有序结晶的基质用于后续工作中。对电容分析表明,将其应用在场效应晶体管中可以作为一种良好的介电材料。2.选取傒并硒吩(PESE)——P型半导体材料,通过真空气相沉积的方法,在不同基底温度下实现了PESE在高取向的高分子薄膜表面外延生长,薄膜形貌结构观察发现PESE在高取向HDPE薄膜上能发生附生结晶,形成有序的晶体阵列；其晶体的生长方向与晶体尺寸,随着基底温度的改变发生较大的变化。基于不同沉积温度,制得的具有取向有序结构的半导体薄膜晶体管,沿平行于HDPE薄膜拉伸方向的空穴迁移率最高可达0.047cm2V-1s-1,比OTS修饰SiO2/Si基底上的PESE薄膜晶体管器件的迁移率(5.76×10-4cm2V-1s-1提高了近两个数量级。并且发现不同基底温度下制备的薄膜形貌和晶体尺寸对场效应性能影响较大,充分显示了薄膜晶体管的活性层结构对器件性能的显著影响。3.选取全氟烷基链取代的萘酰亚胺(F-NDI)——N型半导体材料,采用真空气相沉积的方法,实现了其在高取向HDPE薄膜上的附生结晶。结构分析表明制备的大面积半导体薄膜内晶体排列有序。基于这种有序半导体薄膜的场效应晶体管表现出了很高的电子迁移率,沿着聚合物取向基底拉伸方向的迁移率高达0.2cm2V-1s-1,器件性能达到单晶器件的量级,且表现出优异的各向异性,各向异性比约为14。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.5;TN386

【参考文献】

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本文编号：1257918