有机场效应晶体管导电机制及其稳定性研究
有机微纳晶场效应晶体管
有机微纳晶场效应晶体管一、引言有机微纳晶场效应晶体管（Organic micro/nanocrystal field-effect transistor，OMNC-FET）是一种新型的有机电子器件，其具有高载流子迁移率、低制造成本等优点，因此在柔性电子学、生物传感器、光电转换等领域具有广泛的应用前景。
二、OMNC-FET的基本结构OMNC-FET由源极、漏极和栅极三个部分组成。
其栅极由介电层和金属层两部分构成，介电层通常采用聚酰亚胺（PI）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等高介电常数材料制备，金属层通常采用铝（Al）、钼（Mo）或铜（Cu）等材料制备。
源极和漏极通常采用导电性较好的材料制备，如金（Au）、银（Ag）或碳纳米管等。
三、OMNC-FET的工作原理OMNC-FET的工作原理与传统的场效应晶体管类似。
当栅极施加正偏压时，形成一个强电场，使得载流子在介质中发生移动。
当栅极施加负偏压时，强电场消失，载流子停止移动。
因此，OMNC-FET的导电性可以通过调节栅极电压来控制。
四、OMNC-FET的制备方法OMNC-FET的制备方法主要有两种：溶液法和气相法。
1. 溶液法溶液法是一种简单易行、适用于大规模生产的制备方法。
其步骤如下：（1）将有机半导体材料（如聚苯乙烯（PS）、聚苯胺（PANI）等）溶解在有机溶剂中；（2）将介电层材料（如PI、PMMA等）溶解在另一个有机溶剂中；（3）将金属薄膜沉积在介电层上；（4）将有机半导体材料溶液滴加到金属/介电层上，形成晶体；（5）在晶体两端分别沉积源极和漏极。
2. 气相法气相法是一种高温高真空条件下进行的制备方法。
其步骤如下：（1）在高温高真空条件下，使有机半导体材料蒸发并沉积在基底上；（2）将介电层材料沉积在有机半导体材料上；（3）将金属薄膜沉积在介电层上；（4）通过光刻和蒸发等工艺制备出源极、漏极和栅极。
五、OMNC-FET的应用OMNC-FET具有高载流子迁移率、低制造成本等优点，因此在柔性电子学、生物传感器、光电转换等领域具有广泛的应用前景。
有机场效应晶体管的数值研究
１ 引 言
过去的十多年来， 有机场效应晶体管得到了广泛的研究ｎ Ｏ Ｅ Ｓ 。 Ｆ Ｔ 可望广泛应用于有机主动发光显示器件［】 ｍ、
智能卡、 射频标识牌 、 ¨ 存储器ｎ 、 引 传感器 等等，具有工艺简单、 成本低、并且可 以制造在柔性衬底上 （ 如塑料） 等一系列优点。 目 前，Ｏ Ｅ Ｓ的性能已经能够与 ａＳ Ｈ非晶硅薄膜晶体管（Ｆ ｓ￣性能相媲美［】 ＦＴ －ｉ ： Ｔ Ｔ） Ｍ。 相比于 Ｏ Ｅ Ｓ性能的不断地迅速地改进，Ｏ Ｅ Ｓ理论研究［ 的进展要缓慢得多。诸如：有机半导体材料的 ＦＴ ＦＴ １ 删】 电导率低、Ｏ Ｅ ｓ工作于累积情形 （ ＦＴ 使得零栅压时仍然存在一定导电性） 、迁移率依赖栅压和漏压、Ｏ Ｅ ｓ的性能 ＦＴ
ｓ ｒｃｒｓｒｄ － ｅｕ ｃ ｅ ｔ ｃｔ ｎｔ ｓ Ｒ Ｉ ） ｄ ｌ ｔ ｅｔ ｎ． ｈ ａ ｔ ａ ｍｏ ｅ ｔａ ｄｓｒ ｅ ｅ ｍａ ｄ，ａｉ ｆ ｑ ｅ ｙｉ ｎｉ ａ ｏ ｇ （Ｆ Ｄｓａ ａｉ ｅ ｃ ｏ ｓＴ ｅ ｌ ｉ ｌ ｄ ｌｈｔ ｅｃｉ ｓ ｔａ ｏｒ ｎ ｄ ｆ ｉ ａ ｉ ， ｐ ｓｃ ｌ ｒ ｎ ｎ ａ ｙｃ ｂ ｔ ｈ
ｏ ｅａｉｎｏ ｏｇ ｉ ｉ— ｌ ｔ ｎ ｉ ｏ ｓ ａ ｅｉｅ ， ｓｎ ｕ ｅｉａ ｔｏ ｔｄ ｅｅ ｅ ｔ ｏ ＯＦ Ｔｓ ｐ ａ ｔ ｎ ｐ ｒｔ ｆ ｒａ ｃｔ ｎ ｆ ｍ－ ａ ｓｓ ｒ ｓ ｒ ｄ ｕ ｉｇｎ ｏ ｎ ｈ ｉ ｒ ｔ ｈ ｄ ｖ ｍ ｒｃ ｌ ｈ ｄｗｅｓｕ ｙｔ ｆ ｃｓ ｆ Ｅ ’ ａ ｍｅｅ ｏ ｍｅ ｈ ｒ ｒ ｉ ｐ ｒｏｍａ ｃ ， ｄｗｅａｓ ｉｅｓ ｍｅｏ ｔ ａ ｉｅ ｌ ｏ ｅｉｎｏ ＯＦ Ｔｓ ｔ ｅｆｒ ｎ ｅ ａ ｓ ｎ ｌ ｏｇｖ ｏ ｐｉ ｌｄ ａｓ ｎｄ ｓｇ ｆ Ｅ ． ｍ Ｋｅ ｙＷ ｏ ｄ ： ｇ ｉ ｉ ｌ ｆｅｔ ａ ｓｓ ｒ ； ｍｏ ｅ： ｍｍａｒｃ ｍｅ ｏ ： ｏ ｔ ａ ｒ ｓ Ｏｒａ ｃｆ ｄｅ ｃ ｔ ｎ ｅ ｒ ｎ ｉｏｓ ｔ ｄｌ ｅｉａ ｌ ｈ ｔ ｄ ｐｍ ｌ ｉ
有机场效应晶体管-2014
Current (I)voltage (V) characteristics, at VG
测定迁移率的公式： ID=(W/L) Ci µ (VG﹣VT)VD (linear) ID=(W/2L) Ci µ (VG﹣VT)2 (saturation)
载流子迁移率的测试方法：飞行时间法（TOF）
d
t
寡聚噻吩、硒吩衍生物
噻吩芳环寡聚衍生物
有机场效应晶体管：p型小分子材料
硫族杂稠环衍生物
有机场效应晶体管：p型小分子材料
四硫富瓦烯衍生物 含氮杂稠环衍生物
有机场效应晶体管：p型小分子材料
酞菁卟啉衍生物 其它p型小分子材料
有机场效应晶体管：n型小分子材料
含氟n型小分子材料 酸酐酰亚胺n型小分子材料
有机场效应晶体管
苏仕健 mssjsu@
华南理工大学 高分子光电材料与器件研究所
世界第一台计算机
生日：1946年2月14日 姓名：电子数值积分和计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC） 父母：美国陆军军械部、美国宾夕法尼亚 大学莫尔学院 组成：17468个电子管、6万个电阻器、1万 个电容器和6千个开关，重30吨，占地160 平方米，耗电174千瓦，耗资45万美元。 运算能力：5千次加法或400次乘法运算/秒
-5
-30 V
-5
-80 V
-5
-20 V
-5
-5
-60 V
-5
-6
-10 V 0V
0.0 0 -20 -40 -60 -80
-40 V -20 V 0V
0.0 0 -10 -20 -30 Drain voltage (V) -40
《有机电化学晶体管内的微流体离子输运研究》
《有机电化学晶体管内的微流体离子输运研究》篇一一、引言随着科技的发展，有机电化学晶体管（Organic Electrochemical Transistors，OETs）在电子学、生物学、能源科学等领域的应用日益广泛。
其中，微流体离子输运作为其核心过程之一，对晶体管的性能和稳定性具有重要影响。
因此，对有机电化学晶体管内的微流体离子输运进行研究，对于优化晶体管性能、提高其应用范围具有重要意义。
本文旨在探讨有机电化学晶体管内微流体离子输运的机制和影响因素，以期为相关研究提供参考。
二、微流体离子输运的机制有机电化学晶体管内的微流体离子输运过程主要包括载流子在电场作用下的迁移以及与界面分子的相互作用。
在这个过程中，离子迁移速度和数量对晶体管的电流性能有着决定性影响。
载流子通常由阳离子或阴离子组成，它们在电场作用下通过扩散、电泳和电迁移等机制进行迁移。
此外，与界面分子的相互作用也会影响离子的输运过程，如分子间的静电作用、范德华力等。
三、影响微流体离子输运的因素（一）电解质浓度：电解质浓度直接影响离子数量及分布，从而影响离子的输运过程。
电解质浓度越高，离子的数量越多，但同时也可能导致电荷排斥和拥挤效应，降低迁移速度。
（二）电极材料：电极材料对离子的吸附能力和电场分布有重要影响。
不同材料的电极表面具有不同的电荷密度和分子结构，这些因素会影响离子在电极附近的迁移和吸附过程。
（三）界面性质：晶体管内有机层与电解质之间的界面性质也是影响离子输运的关键因素。
界面处的静电作用、空间位阻等因素都可能影响离子的输运速度和方向。
（四）温度和压力：温度和压力对离子输运也有一定影响。
温度升高会加速离子热运动，从而提高迁移速度；而压力的变化则可能改变电解质中的离子分布和扩散速度。
四、研究方法与进展为了研究有机电化学晶体管内的微流体离子输运过程，研究者们采用了多种实验方法和理论模型。
其中包括电化学阻抗谱、原子力显微镜（AFM）、电导率测量等方法，以及基于电场-扩散-对流耦合理论的模拟模型。
有机场效应晶体管
有机场效应晶体管
有机场效应晶体管（OECT）又称为有机金属-半导体叠层结构场效应晶
体管，它是一种新型的晶体管，利用其独特的金属-半导体叠层结构来
实现高性能的特性。
它由两个极性不同的半导体片和一个金属片构成，这三层物质的叠加使得它可以有效的运行电子信号。
有机场效应晶体管具有良好的抗干扰能力，可以有效抑制外部电磁波
对晶体管工作效果造成的干扰，大大降低噪声对电路输出信号的影响。
此外，它还具有低工作电压、低漏出电流、可调节增益带宽等优点，
这样它就可以用于微处理器、计算机系统和无线设备等多种复杂电路
的应用场合。
有机场效应晶体管的另外一个显著优势是，它耗电量低，与普通的晶
体管相比耗电量可以降低9成以上，这也是它被广泛应用的原因之一。
同时，它的封装方式也采用了更小的尺寸，可以显著减少电路板的大小，有利于减少电路外部的电磁波泄漏，也可以节省更多的空间。
总而言之，有机场效应晶体管具有高强度抗干扰、低耗电量、小封装
等特性，它有着广泛的应用前景，是推动新型电子电路的一个重要组
成部分。
它的实用性和易于使用的优势将使它能够更好的满足我们生
活中的用电需求，为未来的智能电子装置带来更多的可能性。
有机半导体器件中电荷传输机制的研究
有机半导体器件中电荷传输机制的研究随着电子技术的快速发展，有机半导体材料逐渐成为一种备受关注的材料。
有机半导体器件的研究成为了现代电子学领域中的重要问题之一，而其中电荷传输机制就是研究的关键之一。
有机半导体器件的特点是具有可塑性强、可通过化学方法进行制备、成本低廉等优势。
同时，有机半导体器件的性能稳定性和效率方面也有所提高。
因此，有机半导体器件被广泛地应用于各种领域，如平板显示、可穿戴电子设备、太阳能电池等领域。
然而，有机半导体器件中的电荷传输机制却是一个十分复杂的问题。
其核心机制是载流子（电子和空穴）在有机半导体材料中的移动和输运过程。
这个过程受到诸多因素的影响，如有机半导体结构、界面特性、晶体缺陷等。
有机半导体器件中电荷传输机制的研究具有非常重要的意义。
首先，了解电荷传输机制有助于提高有机半导体器件的性能。
其次，可以通过控制电荷传输机制来实现制备新型有机半导体器件。
最后，对电荷传输机制的深入研究可以为未来的有机半导体器件研究提供重要的参考。
有机半导体器件中电荷传输机制的研究，可从不同角度出发进行探讨。
下面，我们从有机半导体材料的结构以及其对电荷传输机制的影响、有机半导体器件中的界面特性、晶体缺陷等方面进行论述。
1. 有机半导体材料的结构及其对电荷传输机制的影响有机半导体材料的结构对其电荷传输机制有重要的影响。
在有机半导体材料中，载流子的移动过程主要是在分子层面上进行的。
因此，有机半导体材料的分子结构和分子排列方式对载流子的输运过程起着决定性作用。
研究表明，对于具有芳香环结构的有机半导体材料，其分子结构中的π电子云对载流子的输运起着重要作用。
当芳香环数目增加，分子间距减小时，材料的π-π堆积作用加强，载流子的传输性能也得到了明显的提高。
此外，有机半导体材料的晶体结构、材料形态等也会对其电荷传输机制产生影响。
如有机单晶和有机薄膜材料之间的载流子输运差异较大。
有机单晶材料的载流子直接在晶格中移动，因此其传输性能比有机薄膜材料好得多。
有机场效应晶体管研究与应用展望
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有机场效应晶体管的研究
ｏｇ ｎｃｆ ｌ— ｆ ｃ ｒｎ ｉ ｏ ＯＦ Ｔ ｗｉ ｈ ｒ ｈ ｒｓ ｅ ｔｈ ｓｇ ｔ ｈ ｐｄｐｏ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｒａ ｉ ｉ ｄ ｅｆ ｔ ａ ｓｓ ｒ（ Ｅ ） ｔ ｔ ｅｂ ｉ ｔ ｏ ｐ ｃ ａ ｏ ｅｒ ｉ ｒｃ ｓ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｇ ｐ ｔ ａ
ｆ ｔ ｒ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｆＯＦ Ｔ ａ ｅａｓ ｅ ｃ ｉｅ ． ｕ ｕｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓｏ Ｅ ｒ ｌｏ ｄ ｓ ｒ ｄ ｂ
Ｋ ｙ ｒ ｓ ｏ ｇ ｎ ｃ ｓ ｍ ｉｏ ｄ ｃ ｏ ； Ｅ ｍ ｏ ｉ ｙ ｅ ｗｏ ｄ ： ｒ ａ ｉ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ Ｆ Ｔ； ｂ ｌ ｉ ｔ
摘 要 ： 在信 息技 术 高速发 展 的今 天 ， 有 广 阔应 用前景 的 有机场 效 应 晶体 管 （ｒａｉ ｆ ｌ— ｆ ｃ 具 ｏｇｎｃｉ ｄ ｅ ｅ ｔ ｅ
ｔ ｎｉｏ ． Ｅ ／ 来在 技 术上 获得 了 突飞猛进 的发展 。 文扼 要 概 述 了 ＯＦ Ｔ 的结 构 、 ｒ ｓｔｒ ＯＦ Ｔ） ａ ｓ ￣年 本 Ｅ 工作原
料导 电能 力 的有 源器 件 。有机 场 效 应 晶体 管 作 为 开
关、 存储 器 件 …， 渐成 为人 们 研 究 的热 点 。最 近 关 逐 于 有 机场 效 应 晶 体 管 中 的超 导 现 象 、 机 场 效 应 有
具 有 良好 的 电特性 ， 因此 ， 受到 了广 泛 的重 视和研 究 。
Ｓ Ｇ ｉ ＸＵＺ ｅ ｇ，Ｈ Ｏ —ｉ Ｚ ＡＮ ｕ ｊｎ， Ａ ｉ－ ｈ ｏ ＯＮ Ｌｎ， ｈ ｎ Ｚ Ａ Ｓｕ ｌｇ，Ｈ Ｇ Ｆ —ｕ ＨＵ ＮＧ Ｊｎ ｚ ａ ｎ
（ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｕ ｎ ｓ ｅ ｃ ｎ ｔ ａ Ｉｆｒ ｔ ｎ Ｍｉｉ ｒ ｆ ｄ ｃ ｔ ｎ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｆ ｍｉｅ ｃ ｎ ｅａ ｄ Ｏｐｉ ｌｎｏｍａｉ ， ｎｓｙ ｏ ｕ ａ ｉ ， Ｌ ｃ ｏ ｔ Ｅ ｏ
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. 高
性能有机场效应晶体管可以在高清平板显示或柔性 显示、 各种智能无线射频标签卡以及各种逻辑及存储 方面得到广泛应用 [4~6], 还可以应用于各种气体传感 器 , 甚至应用于生物界面检测等领域 . 种种迹象表明 , 有机电子器件由于具有加工工艺多样化和方法简单、 成本低廉、易封装、可与柔性衬底兼容以及可在室温 条件下处理并可大面积卷到卷 (roll-to-roll) 批量生产 等优点 , 在要求大覆盖面积、良好机械弹性 (柔性 )、 低温处理尤其是低成本方面 , 将完全能够满足人们 对新型电子产品日益增长的需求 .
2488
[12,13,17]
图1
.
不同表面能的衬底上生长的并五苯单层膜形貌图 (3 μm×3 μm)
论 文
的迁移率单调增加 . 根据我们提出的二维晶粒边界模型 , 晶体管器 件的迁移率和晶粒尺寸、温度等参数的关系如下 :
G LGB 1 G ek T GB LG LGB
B
qVB
,
(1)
(a) 基于不同介电层的并五苯晶体管饱和区转移曲线 ; (b) 并五苯晶体管的迁移率与初始生长层的晶粒尺寸的关系 ; (c) 并五苯晶体管
2489
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第 58 卷
第 24 期
参数 , 如单畴晶粒迁移率 μG=26.8 cm2/(V s), 晶粒边 界平均势垒高度 Vb=19.3 mV.
图2 不同生长速率下生长的并五苯单层膜形貌图 (2 μm×2 μm)
的影响也与实验值相符 (如图 3(d)所示 ), 这进一步证 实了上述模型的有效性 . 此外 , 拟合得到了一些重要
图3
用二维晶粒边界模型解释并五苯薄膜晶体管器件迁移率与晶粒尺寸、温度的关系
在不同测量温度下的饱和区转移曲线 ; (d) 并五苯晶体管的迁移率与温度的关系
1
并五苯薄膜初始生长层的形貌和晶体管 器件性能的关联
研究发现 , 有机薄膜晶体管 (OTFT) 中场效应诱
导的载流子主要集中在靠近有机半导体与介电层界 面处的一个单分子层厚度内 [11]. 因此 , OTFT 的电学 性能和并五苯薄膜初始生长层的形貌有着密切的关 联 . 真空蒸镀小分子薄膜是由一个个不连续的微小 晶粒连接组成的 . 单畴晶粒中分子排布有序度极高 , 而晶粒之间的边界中分子排布有序度低 , 存在大量 缺陷 . 载流子越过晶界时要克服缺陷势垒 , 因此更多 的晶界意味着更大的阻碍 , 这将引起晶体管的迁移 率降低 . 此外 , 由于晶界处分子排布的有序度低 , 在 栅极偏压下会形成更多的缺陷态 , 并作为陷阱局限 更多的载流子 , 可导致晶体管稳定性下降 . 基于此 , 我们提出了可以描述并五苯薄膜晶体管电荷传输机 制和在栅极偏压下阈值电压移动机制的二维晶粒边 界模型 . 这一模型可以很好地解释实验中观察到的 薄膜结构与器件性能之间的关联 .
[1~3]
过去十年间 , 通过研究人们已经发现能够具有 场效应迁移率的各种有机小分子和聚合物多达七百 余种, 其中显示出高迁移率(高于非晶硅~1 cm2/(V s)) 的约有 55 种之多 [7]. 利用化学合成研究人员已经设 计出众多性能优异的有机小分子和聚合物 . 通过改 变或控制分子间 π-π 键相互作用构型和距离 , 人们已 经获得迁移率高达 8 cm2/(V s)的聚合物以及高于 35 cm2/(V s)的有机小分子 [8~10]. 但是 , 以往的研究也证 实 , 同一种有机分子可以聚集形成诸如鱼骨刺、片层 堆垛等多种不同聚集结构 [7]. 即使同一种堆垛结构 , 由于制备工艺不同 , 器件也往往表现出显著的性能 差异 . 这是因为 , 有机分子聚集体中的导电行为除了 与分子本身的局域电子状态相关外 , 同时还受分子 聚集形态和结构完整性的影响 . 这反映为载流子的 扩展态受各种杂质和结构缺陷的散射作用 , 从而使 晶体管性能表现出显著差异 .
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我们最近系统研究了分子成膜结构对有机电子 器件性能的影响 , 特别关注到并五苯 (pentacene)分子 真空沉积薄膜初始生长层的结构对场效应晶体管性 能的影响
[11~14]
通过在 300 nm 厚的 SiO2 衬底上旋涂不同的有机 聚合物修饰层 (聚甲基丙烯酸甲脂 PMMA、聚碳酸酯 PC、聚苯乙烯 PS), 可得到表面能各不相同的样品衬 底 . 表面能分别为 : 48.3 mJ/m2( 裸露的 SiO2 衬底 ), 32.8 mJ/m2(SiO2 修饰 PMMA 衬底 ), 30.3 mJ/m2(SiO2 修饰 PC 衬底 ), 27.2 mJ/m2(SiO2 修饰 PS 衬底 ). 在同 一沉积速率 (1.2 nm/min) 下蒸镀得到并五苯单层膜 , 通过原子力显微镜 (Nanoscope III, Veeco Co.) 表征 . 如图 1 所示 , 可以看出薄膜初始生长层的晶粒大小明 显不同 , 其晶粒尺寸 LG 分别为 174 nm(裸露的 SiO2 衬底 ), 243 nm(SiO2 修饰 PMMA 衬底 ), 277 nm(SiO2 修饰 PC 衬底 ), 333 nm(SiO2 修饰 PS 衬底 ). 在表面能相同的衬底 (PS 修饰的 300 nm 厚的 SiO2) 上 , 通过改变薄膜生长速率 , 也可得到不同晶 粒尺寸的并五苯单层膜 . 通过原子力显微镜表征 , 发 现当生长速率分别为 0.798, 1.55, 5.00, 7.56 nm/min 时 , 晶粒尺寸 LG 对应为 285, 211, 143, 106 nm, 如图 2 所示 .
1.3
初始生长层的形貌和晶体管器件在栅极偏压 下阈值电压移动的关联
有机薄膜晶体管中 , 由于在持续栅极偏压下 , 载
流子倾向于被束缚在有机半导体层与介电层界面处 的缺陷中 . 这部分载流子虽然不可移动 , 对电导没有 贡献 , 但依然影响栅极偏压诱导产生沟道中的载流 子数目 . 要产生开启晶体管所需的可移动载流子 , 就 需要更大或更小的诱导栅压 , 在晶体管电学特性上 直接表现为阈值电压发生移动, 即栅极偏压效应 (bias-stress effect)[18]. 由于并五苯薄膜初始生长层的 晶界处有序度低 , 存在大量缺陷 , 因此 , 初始生长层 的晶界数量对并五苯薄膜晶体管的栅极偏压效应有 重要影响 . 结合二维晶界模型 , 可以得到初始生长层 晶粒尺寸与晶体管在栅极偏压下阈值电压移动量的 关联 . 同样 , 我们采用底栅顶接触结构的晶体管作为 研究对象 , 在 1.1 节中所述的修饰了聚合物 PS 的 SiO2 衬底上以不同的沉积速率沉积 40 nm 厚的并五 苯薄膜 , 然后通过掩膜板蒸镀 30 nm 的金作为源、漏 电极 . 沟道长宽比为 50 μm : 2000 μm. 之后 , 我们用 Keithley 4200 半导体表征系统测量了并五苯晶体管 器件在栅极偏压前后的电学特性 , 如图 4 所示 . 根据二维晶粒边界模型 , 晶体管器件在栅极偏 压下阈值电压的移动量和初始生长层晶粒尺寸的关 系如下 :
然优势 . 为了获得高质量单晶器件 , 通常需要制备高 质量的介电层和晶体界面 . 然而在现有的报道中 , 有 机单晶晶体管制备过程中往往需要将有机晶体从生 长衬底转移到另一种衬底上 . 这个晶体转移过程会 破坏晶体质量 , 甚至引起晶体断裂 , 特别是无法控制 有机半导体与介电层之间的界面质量 , 从而无法体 现单晶晶体管的高性能 . 目前 , 如何有效控制有机单 晶的界面质量仍然是一个挑战 . 我们提出一种可原 位生长大尺寸单晶的两步生长法 , 免去了晶体转移 过程 [19], 有可能在保持高界面质量的前提下获得高 性能的单晶晶体管 .
1.1
并五苯薄膜初始生长层的形貌控制
在真空热蒸镀生长有机小分子薄膜时 , 薄膜生
长通常存在三种模式 [15]: (1) 2D 模式生长 , (2) 3D 模 式生长 , (3) Stranski-Krastanov(S-K) 模式 , 即初始阶 段以 2D 模式生长 , 然后以 3D 模式生长 . 其中第三种 方式是最常见的有机小分子薄膜生长模式 . 在 S-K 生长模式下 , 介电层表面形貌、介电层的表面能、薄 膜生长速率等因素都可以影响薄膜形貌 [16]. 我们系统研究了介电层表面能和生长速率对薄 膜初始生长层形貌的影响 , 进而研究薄膜初始层形 貌对晶体管器件电学性能的影响
引用格式 : 张一伟 , 李德兴 , 江潮 . 有机场效应晶体管导电机制及其稳定性研究 . 科学通报 , 2013, 58: 2487–2494 Zhang Y W, Li D X, Jiang C. Charge transport mechanism and stability in pentacene thin-film transistors (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2013, 58: 2487–2494, doi: 10.1360/972012-1842
摘要 并五苯薄膜和单晶晶体管研究是目前有机电子学研究领域的热点. 本文通过实验和 理论模型系统研究了并五苯有机小分子薄膜的初始生长层形貌结构对有机薄膜晶体管器 件电学性能的影响. 提出单层薄膜二维晶粒边界模型, 揭示了初始生长层晶粒大小对晶体 管器件载流子迁移率及栅极偏压下阈值电压移动量的影响. 同时, 通过理论拟合计算得出 有机晶体管器件结构在现有实验条件中的一些重要参数, 如晶粒单畴中的迁移率、晶粒边 界中缺陷浓度和缺陷势垒高度等. 这些知识加深了对薄膜结构与器件性能之间关联的理 解, 为进一步改善并五苯薄膜晶体管器件性能提出明确的方向. 此外, 本文还提出一种新 的并五苯单晶生长方法, 即从并五苯单层膜在惰性常压气氛中熟化开始, 通过两步法生长 出高质量大尺寸的并五苯单晶. 我们系统探讨了并五苯单层膜向单晶转变时的分子热力 学、动力学过程, 为后续单晶体器件的研究奠定了基础.
2013 年
论 文
第 58 卷