基于开尔文探针力显微镜的有机半导体器件研究

发布时间：2017-12-14 13:24

  本文关键词：基于开尔文探针力显微镜的有机半导体器件研究

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【摘要】：随着功能纳米材料与有机电子学的发展,有机半导体器件因其具备低成本、材料来源广、可大面积制备以及可应用于柔性基底等优点而备受研究者们的青睐。目前,有机半导体器件的发展还处于起步阶段,许多机理有待深入研究。电荷在器件中的产生、转移、传输、复合、捕获等行为是影响器件性能的本质因数,而这些电荷行为归功于材料的电学性质和其结构特点。因此,分析器件中材料的结构特点和对应的电学性质是研究器件机理的关键。开尔文探针力显微镜(Kelvin probe force microscopy,KPFM)是一种能在纳米尺度下同时获得材料表面形貌和其对应的电学性质信息的技术,已被广泛用于表征纳米材料的功函、界面偶极、能带弯曲以及电荷陷阱等电学性质。本文运用KPFM,研究了基于有机场效应晶体管(organic fieldeffect transistor,OFET)的纳米浮栅型非易失性存储器(non-volatile memories)和有机太阳能电池(organic solar cells,OSCs)两种有机半导体器件体系,建立了多种从微观上分析有机半导体器件中电荷行为的方法。本文第一章详细的介绍了KPFM技术的发展和原理,解释了其测量结果的含义,并介绍了KPFM在有机半导体器件微观机理研究中的应用。本文第二章以绝缘聚合物薄膜为体系,建立了运用KPFM探针在绝缘聚合物样品上进行电荷注入和测量的方法。本章首先通过分析仪器不同模式的工作特点,选择了在峰值力轻敲模式下进行电荷注入实验,并运用C语言编程来精确控制探针行为以注电荷。然后,本章分析了环境因素和仪器参数对KPFM测量结果的影响,从而对KPFM进行电荷测量进行了条件优化。同时,本章还建立了高压注电荷和高电势测量的方法。本文第三章运用KPFM对基于有机场效应晶体管的非易失性存储器中的纳米浮栅层进行电荷注入和测量,模拟了该器件工作过程中的微观电荷行为。通过比较KPFM结果和器件测试结果,证实了该方法的可靠性,建立了从微观上研究有机半导体器件中电荷捕获机理的方法。本章最后还搭建了针对有机场效应晶体管的在位KPFM表征实验平台,为研究处于工作状态下的有机半导体器件的工作机制提供了一种方法。本文第四章运用KPFM对全聚合物太阳能电池中体异质结的相分离进行了研究。通过分析CPD(contact potential difference)数据,发现KPFM不仅可以表征体异质结表层的相分离,还能区分体异质结的底部材料分布,这为纳米结构复合体系的面下成像提供了一种新的方法。本章还引入了参数R_q(表面轮廓均方根偏差,RMSD)来定量描述CPD图的衬度,以此实现了对体异质结相分离状态的定量描述。基于此,本章随后研究了体异质结的制备条件对相分离状态的影响。最后,本章还搭建了光照下KPFM在位表征实验平台,研究了光照下体异质结中的电荷行为。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN303

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本文编号：1288080