应用物理毕业论文：基于电极修饰的并五苯有机场效应管特性的研究.docx

1、本科毕业论文（20 届）基于电极修饰的并五苯有机场效应管特性的研究所在学院 专业班级 应用物理 学生姓名 学号 指导教师 职称 - II -完成日期 年 月 基于电极修饰的并五苯有机场效应管特性的研究摘要有机场效应晶体管（OFET）是一种新型的有机电子元器件,近年来 OFET 因为具有制备工艺简单、低成本并且可与柔性衬底兼容等独特的优质特点而受到研究人员的极大重视。例如，它可在室温下加工、弯曲，成本低并且可大批量生产。经过几十年的发展已经得到了很大的进展，并成为很重要的有机电子器件之一。但是尽管目前 OFET 的性能初步满足了实用化要求，但制备更高性能的OFET 加工技术亟待开发。近来，人们通

2、过采用过渡金属氧化物V2O5 修饰 Al 源、漏电极，有效提高了有机场效应晶体管的迁移率。本论文介绍了有机场效应晶体管的发展历史、应用领域及当下研究的热点问题，阐明了其结构特点、所用材料、制备方法以及工作原理。在第三章中我们制备了基于电极修饰的并五苯有机场效应晶体管，阐述了制备过程，讨论了实验结果，最后对其发展前景做出展望。关键词：有机场效应晶体管 并五苯 电极修饰 氧化钒Based on modified electrode pentacene field-effect tube characteristics researchABSTRACTOrganic filed-effect tra

3、nsistor(OFET) is kind of novel organic electronic device,in recent years have field-effect transistors (OFET) because has simple preparation process, low cost and can be compatible with flexible substrate, such as the unique advantages and has been heavily promoted by the researchers, For example, i

4、t can be processing, bending at room temperature, low cost and can be mass production. OFET has already become one of the most important organic electronic devices through more than ten years of development. But OFET mobility largely depends on the organic semiconductor material intrinsic mobility,

5、so the high mobility of the organic semiconductor material is very important to improve OFET devices performance.Recently, people use transition metal oxide V2O5 modified Al source, the leakage, improve the mobility of a field-effect transistor.Effect of pipe is introduced in this paper, from the ai

6、rport, the history applied domain and research hotsport of organic field-effect transistor of and the structure and working principle are illustrated, make readers to have an intuitive understanding of the device. In the third chapter we based on the modified electrode was prepared pentacene field-e

7、ffect transistor, preparation process is expounded in detail. Finally, theexperiment summary and prospects of have field-effect tube to make prospects.Key Words：Organic Field Effect Transistor Pentacene Electrode Modification V2O5目 录第一章 绪论 .11.1 OFET 简介 .11.2 OFET 的发展及现状 .21.3 OFET 的应用 .31.4 本文主要研究工

8、作 .3第二章 OFET 的理论基础 .52.1 OFET 的器件结构 .52.1.1 顶接触结构 .52.1.2 底接触结构 .52.1.3 顶栅极结构 .62.1.4 底栅极结构 .62.2 OFET 的材料 .72.2.1 有机半导体材料 .72.2.2 绝缘层材料 .112.2.3 电极材料 .112.3 OFET 的工作原理 .132.4 OFET 的制备方法 .142.4.1 物理气相沉积（PVD） .152.4.1 化学气相沉积(CVD) .162.5 本章小结 .17第三章 基于电极修饰的并五苯有机场效应管制备 .183.1 实验器材及药品 .183.2 基于电极修饰的并五苯有

9、机场效应管的制备 .183.3 基于电极修饰的并五苯有机场效应管性能测试及结果 .193.4 本章小结 .21第四章 全文总结与展望 .224.1 全文总结 .224.2 展望 .22参考文献 .24天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书2第一章 绪论随着时代的进步和科技发展，各类功能多样的电子产品已经进入人们的日常生活中，并且扮演着越来越重要的角色。电视、手机、电脑，尤其是互联网的出现使得信息的传递更加便捷快速，人类已经进入了一个新的快速运转的信息时代。现代微电子技术在这其中扮演着重要的角色，而这类技术主要是依靠无机半导体材料硅（Si）、砷化镓（AsGa）等实现的。但是这类器件的制作工

10、艺很繁琐、材料，各类操作成本很高、对于研发制作的外部条件要求也比较严苛。因此对于一些要求低成本、大面积的电子领域这类技术显得不是很经济、合适，所以找到一种新的方法抑或找到新的材料代替之前的器件已经显得愈发急需。因为具有工艺简单、操作简便、成本低廉以及柔性可弯曲等独特的优势，所以近年来有机场效应晶体管(Organic field-effect transistors OFET)受到研究人员的重视。例如，它能在 20-30下进行加工，并且可以进行弯曲，材料成本低廉并且能够大量生产，能够运用于很多显示器的驱动电路，在交易卡和身份识别器以及传感器等方面有着很大的潜力。但有机半导体材料的本征迁移率在很大

11、的程度上决定着 OFET 的迁移率，因此研发和探究具有高迁移率的材料已经成为重中之重。人们主要是采用对有机半导体材料的提纯、提高结晶度等方法来提高有机半导体材料迁移率。与此同时，这些方法在提高有机半导体材料的迁移率方面有些许作用但不是很大，没办法通过使用这些方法达到迁移率增长很多的效果。近来，人们通过使用过渡金属氧化物氧化钒 V2O5 作为修饰层，修饰 Al 源、漏电极，有效提高了 OFET 的迁移率。本章首先给出了 OFET 的定义，使我们对其有一个感性的认识，接着介绍了国内外 OFET 的发展及现状，最后对其应用做了简单介绍。1.1 OFET 简介有机场效应晶体管是一种有机电路的基本构筑单

12、元，同样在有机半导体传输性能的分析中可以作为有力工具，扮演着重要的角色。OFET 依据各类材料镀膜顺序和位置的不同理论上可以分为底栅极型、顶栅极型、底接触型、顶接触型，依据沟道形式不同可分为 N 沟道型、P 沟道型，从其极型方面看，可有单极型和双极型。OFET 具有以下优点：天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书31种类众多的有机分子，易于改变的化学结构，使得器件和材料的设计更容易和便捷。2有多种制备方法，工艺流程简单，能够在室温下操作。3成品可柔软可弯曲，易于大规模制备。4这一类的器件的制作成本低，制备工艺、操作简单，因此完全可以在低端低成本电子产品批量生产。 因为 OFET 具有以上

13、优质特性，所以 OFET 在有机照明、有机光勘测、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等众多领域具有非常大的潜力以及广泛的应用前景。 1.2OFET 的发展及现状自 1960 年左右开始，一些科学家发现了有机半导体材料，自此之后众多科学家开始对有机半导体材料进行了大量的研究，自此 OFET 也就逐渐的被应用于各种不同的领域之中。尽管酞箐分子的场效应性于 1970 年就被 Barbe 发现，但是第一次将真正意义上的 OFET 进行报道的是 Tsumura 等人，聚噻吩是这次实验研究中制备 OFET 所选用的有机材料，通过本次试验也得到了比较详尽的晶体管参数。其中，器件的载流子迁移率为

14、10-5cm2Vs，OFET 的研究也得到了全面的发展，进入了一个盛大的时期，关于 OFET 的各种报道自然也是也在不断增加。虽然只是开展了不太长的 20 多年，但是 OFET 不困是在研究还是在最后的成品方面都取得了长足瞩目的进步和成果。总体上 OTFT 基本可以分为三个大的阶段：1987-1993 年期间可以看做是第一阶段，新材料的选取在这个阶段中是科学家工作的重点。对于 OFET 而言，迁移率和本征电导率是两个最重要的性能指标。而高的迁移率能够使器件输出电流以及开关速度得到保证，低的电导率能够使器件的漏电流降低，从而使器件的开关电流比提高。所以这个阶段有机材料的选取和设计是非常关键的环节

15、。这个阶段迁移率的提高主要是依靠两大手段：一是使用纯度更高的材料或是通过提纯手段提高原本纯度不高的材料，借此来减少材料中的杂质，从而弱化载流子传输过程中的散射；二是将聚合物主链的共轭长度加长，另外研究人员也开始从有源层薄膜的形态结构方面进行研究，通过分析形态以及结构对迁移率的影响来开展后续的工作。天津理工大学 2015 届本科毕业设计说明书41993-997 年期间为第二阶段，在这一时期，新的薄膜制作工艺被研发出，人们通过新的方法来控制薄膜形态。大致通过几类方式来提升器件的性能：提纯实验材料、在适当的衬底温度下来制备出高度有序的薄膜形态，甚至通过有机单晶的制备。这个阶段主要对以下几个方面进行了

16、深入的研究：薄膜制备、半导体材料的薄膜外形结构、载流子的传输机制、新型器件结构。1997 年到现在为第三阶段，有源层薄膜形貌和结构的控制、研究 OFET 结构中包含的多种界面态、OFET 与 OLED 器件集成制作工艺方法的创新，是这个阶段的主要工作。这个阶段相较前两个阶段来说是发展最为迅猛的阶段。OFET 大量的突破创新，成果都是在这个阶段取得。在这个阶段中有一些比较有代表性的事件。大致有，1998 年，能够在空气中稳定的 N-型有机场效应晶体管由 Zhenan Bao1运用新型材料 F16CuPc 制成，其迁移率可以达到 0.03 cm2Vs 。1999 年，DJGundlach 等利用

17、pentacene 分别在 PET 基片上和玻璃上制备器件，器件在绝缘层界面修饰后，获得非常高的场效应迁移率，能够达到 2.1 cm2/ Vs。2000 年，Rogers 2等人利用微接触打印工艺实现了在塑料衬底上制备有源驱动像素，打开了通往柔性显示方面的大门。2002 年，Klauk 等 3研究了 pentaeene 晶体管在不同的绝缘层修饰下晶体管的性能会发生怎样的变化。并且使器件在 PVP 有机绝缘层的修饰下获得了高达 3.0cm2Vs 迁移率。2007年，X,HZhang 4等人，使用普通的常用的蒸发镀膜法制备出性能、稳定性都很高的 C60 晶体管。经过对绝缘层进行界面进行修饰后，器件

18、迁移率最高能达到 5cm2Vs。他们对器件使用年限方面也作了详细的研究和分析。近年来，许多国外著名的大公司和科研机构将目光投向有机场薄膜晶体管的研发。目前像美国的 IBM、Bell 实验室，英国的剑桥大学等机构在研究晶体管领域是处于领先的地位。值得一提的是并五苯是当下已知的迁移率最高的有机半导体材料，其迁移率可以超过 2cm2Vs。理论研究表明，由于有机半导体自身属性的限制，有机氧化物 V2O5 修饰 Al 源、漏电极，更有效提高了有机场效应晶体管的迁移率。目前有机场效应晶体管的研究处于一个过渡的阶段，怎样从实验室阶段进入商业、工业化化阶段的是现在最为关键的，许多问题迫在眉睫，因此需要对OFET 进行更深入的研究。1.3 OFET 的应用有关 OFET 的应用研究比较多，应用领域主要涉及到显示屏中的应用、有