新型有机场效应晶体管半导体材料的设计、合成与性能研究

发布时间：2020-08-26 01:24

【摘要】：有机场效应晶体管(OFETs)具有低成本、可柔性化、易于大面积制备等优点,使得其吸引了人们的广泛关注。作为电子器件的重要组成部分,其可以应用于传感器、存储器、显示器以及集成电路等方面。本文设计合成了一系列地新型的有机半导体材料,通过光谱、电化学、热分析等表征手段,对其光学、电学、热学等物理性质进行了研究；通过制备薄膜与单晶器件,对其半导体电学性能进行了测试与研究。具体内容如下：1.设计、合成了一系列地以萘为中心结构单元,以苯并噻吩和苯并呋喃为修饰单元的新型有机半导体材料。紫外光谱和电化学测试表明该类材料都具有较高的氧化稳定性。热失重分析结果表明了该类材料具有较高的热稳定性。通过X-射线衍射技术与原子力显微镜,对材料的薄膜态形貌及结晶性进行了了表征,表明该类材料分子都垂直于基片生长倾向,在500C的沉积温度下,薄膜具有良好的连续性。薄膜场效应晶体管的测试结果表明,在500C的沉积温度下,迁移率达到最高值,为0.13 cm2V-1s-1,开关比为106。2.设计、合成了一种新型的具有二维面型分子结构的有机半导体材料BTBTTBT.紫外-可见光谱和电化学测试表明该材料具有较高的稳定性。热重分析结果表明了该材料具有较高的热稳定性。通过物理气相输运法生长出了该材料的单晶微米带,并制备了基于其单晶微米带的场效应晶体管器件。在空气中测量其场效应性能,其最高迁移率为17.9 cm2V-1s-1,平均迁移率为5.57cm2V-1s-1。这也是目前报道的二维面型分子结构材料中,迁移率最高的材料。3.设计、合成了一种新型的高对称性的具有二维面型分子结构的有机半导体材料ATBT。紫外-可见光谱和电化学测试表明该材料具有较高的稳定性。热重分析结果表明了该类材料具有较高的热稳定性。通过X-射线衍射技术与原子力显微镜,对材料的薄膜态形貌及结晶性进行了了表征,在80℃的沉积温度下,薄膜具有良好的连续性。制备了薄膜场效应晶体管器件,测试结果表明材料具有p型传输特性,在80℃的沉积温度下,迁移率达到最高值,为0.05cm2V-1s-1。通过物理气相输运法成功的生长出了该材料的单晶体,并进行了单晶结构解析。制备了该材料的单晶场效应晶体管器件,结果表明在不同晶向的电荷传递差异较大,其中最高迁移率为15.3cm2V-1s-1,并表明了晶体生长方向为迁移率最高的方向。同样证明了二维材料具有成为高性能材料的潜力。4.设计、合成了一系列地并三噻吩类化合物,并对其物理、化学性质等进行了表征。关于其场效应晶体管的性能研究仍在进行中。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386;TN304

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本文编号：2804468