1、毕业论文文献综述 高分子材料与工程 苯并噻吩类有机半导体材料结构单元的合成 引言 随着有机电子学 /分子电子学的快速发展 , 基于有机半导体的有机场效应晶体管的研究成为当前有机电子学 /分子电子学研究的一个前沿热点 .与无机材料相比 ,有机材料在低价、大面积、柔性电路中具有很多固有的优势 .例如 ,其成膜工艺简单 ,很容易用旋涂和蘸涂技术进行大面积制备 , 或者沉积到柔性衬底上 ,制备各种柔性器件和电路 . 此外 ,对于有机半导体材料 ,人们可以通过改变分子结构很容易地实现对器件性能的调控 ,从而可以根据器件的应用要求来设计 有机半导体材料 .基于上述各方面的优势 ,有机场效应晶体管的研究在短
2、短的十几年间获得了快速的发展 . 1 有机场效应晶体管的器件结构及工作原理 有机场效应晶体管沿用了类似于无机半导体有源材料的绝缘栅场效应结构 ,但由于有机材料的特性 ,又与传统的无机材料场效应晶体管有所不同 .根据源、漏电极与有机半导体位置的不同 ,分为底接触和顶接触 2种结构 (图 1(a)和 (b).图 1(c)-(f)是对两种结构缺点的修饰。 有机薄膜晶体管的工作原理如上图所示。当源、漏 电极之间的电压（即漏极电压VD）一定时，栅极与源极之间的电压（即栅极电压 VG）对于流经半导体层的源漏电流1 有很强的影响。理想情况下，当不施加栅极电压时，场效应管处于“关”状态，漏极电流 IDS通常很
3、低。当施加栅极电压时，电荷会进入半导体和绝缘体之间的半导体界面。结果，随着电荷载流子的增加，漏、源电极之间的电流增加，这时场效应晶体管处于“开”状态。 2 有机半导体材料 半导体材料是有机场效应晶体管的核心部分，对器件的性能有着至关重要的影响。根据沟道内传输的电荷载流子的性质不同 ,可以把场效应晶体管的材料 分为 p-型、 n-型和双极性材料 ,在 p-型材料中传输的载流子是空穴 ,在 n-型材料中传输的载流子是电子 . p-型材料是人们研究比较多的一类材料 , 目前已经取得很大的进展 ,但是 n-型材料的发展相对滞后 ,远远跟不上 p-型材料的发展 ,为目前场效应晶体管材料研究中的一个重点
4、.同时具有空穴传输和电子传输特性的双极性晶体管器件可以减小能量损耗，改善噪音和操作稳定性。 2.1 p-型半导体材料 目前大部分报道的有机半导体材料是 p 型材料 ,p-型小分子半导体材料主要包括并苯类、噻吩类、酞菁类、三苯胺类、 TTF 类等。图 2给出了常见的 p-型材料的分子结构。 NNNNMNNNN酞 菁 类 染 料并 五 苯红 荧 烯SSSS* *n聚 噻 吩图 2 几 种 性 能 优 异 的 p - 型 半 导 体 材 料 2.2 n-型半导体材料 n-型器件和 p-型器件可构筑互补型电路 ,进而有效降低有机电路的功耗 ,提高工作速度等 ,因此开发高性能的 n-型材料具有重要的意义
5、 .然而由于 n-型材料的稳定性差 ,n-型材料的发展远远落后于 p-型材料 ,目前 ,优异的 n-型材料主要有以下几种 .图 4列出了一些常用的 n-型材料的分子结构 . 2 图 4 几种性能优异的 n-型半导体材 料的分子结构 2.3 双极性有机半导体材料 相对于单极晶体管来说，将 p-型晶体管和 n-型晶体管结合在一起构筑的互补逻辑电路，可以减小能量损耗，改善噪音和操作稳定性。然而，分别构筑两种晶体管增加了器件加工的程序和复杂性。同时具有空穴传输和电子传输特性的双极性晶体管器件或材料则可大大简化制备过程，而且可通过调节栅极电压的极性，很容易实现 p-型和 n-型的转换。 3 有机场效应晶
6、体管及集成电路的应用与前景展望 自从第一个 OFETs被报道以来 ,OFETs被广泛关注和研究 ,性能得到很大提升 ,单晶OFETs的迁移率已超过 40 cm2 V1 s1, OFETs在电路中也得到应用 ,基于 OFETs的射频标签已可以在 13.56 MHz的频率下稳定工作 ,有机半导体由于其材料的多样性 , 加工方法简单以及在大面积、可弯曲系统等方面的独特优势 ,已成当前非晶硅晶体管的有力竞争者 ,但有机场效应晶体管的集成电路在应用方面仍然面临很多挑战 ,如下 .( )半导体材料方面 ,有些半导体材料的性能已经超过非晶硅 ,但稳定的高性能的 n 型材料相对缺乏 ,而p-型与 n-型互补型
7、电路具有理想的性能 , 因此探索具有良好工作性能和加工性能的新材料 ,尤 其是稳定的 n-沟道有机半导体材料仍然重要 .( )目前的有机器件特征尺寸普遍较大 ,如何进行有机半导体加工技术的创新 ,从而能够实现有图案化 , 进而推动有机器件的产业化进程 .( )有机半导体机理方面的研究较少 ,开发和完善有机集成电路的仿真模型很有必要 ,目前提出的一些模型尚不能仿真复杂的有机电路 .有机场效应晶体管已经展现出美好的应用前景 ,尤其在射频标签和电子纸等领域备受关注 ,相信通过研究人员的努力 ,OFETs目前遇到的困难一定会被解决 ,在射频标签和电子纸等领域会得到广泛应用 .机器件的微加工 ,特别是有
8、机半导体薄膜的大 面积。 3 参考文献 1. Heilmeier, G. H.; Zanoni, L. A. J. Phys. Chem. Solids. 1964, 25, 603. 2. Dimitrakopoulos, C. D.; Malenfant, P. R. L. Adv. Mater. 2002, 14, 99. 3. Podzorov, V.; Sysoev, S. E.; Loginova, E.; Pudalov, V. M.; Gershenson, M. E. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 3504. 4. Zeis, R.; Besnard
9、, C.; Siegrist, T.; Schlockermann, C.; Chi, X.; Kloc, C. Chem. Mater. 2006, 18, 244. 5. Kelley, T. W.; Muyres, D. V.; Baude, P. F.; Smith, T. P.; Jones, T. D. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2003, 771, 169. 6. Menard, E.; Podzorov, V.; Hur, S. H.; Gaur, A.; Gershenson, M. E.; Rogers, J. A. Adv. Mater. 2004, 16, 2097. 7. Yamamoto, T.; Takimiya, K. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2224. 8. Ling, M. M.; Bao, Z. Chem. Mater. 2004, 16, 4824. 9有机场效应晶体管和分子电子学研究进展 1 10有机场效应晶体管及其 集成电路研究进展 1 11有机单晶场效应晶体管 1
