酞菁单晶微纳材料与微纳光电器件的研究.pdfVIP

附件 3： 作者姓名：汤庆鑫 论文题目：酞菁单晶微纳材料与微纳光电器件的研究 作者简介： ：汤庆鑫，男， 1977 年 11 月出生，2004 年 9 月师从于中 国科学院化学研究所胡文平教授，于2007 年 7 月获博士学位。 中 文 摘 要 有机半导体材料具有质轻、价廉、柔性、制备工艺简单、种类繁多、性能各异以 及分子构形和材料性能可人为设计等优点而受到人们的重视，被用于场效应晶体管、 发光二极管和太阳能电池等分子电子学领域的研究中，取得了一系列研究进展。其中， 有机场效应晶体管是有机半导体应用的一个重要方面，能够被用于高稳定性、低能耗 的数字互补对称电路，而且其具有的柔性特征使之可以被用作下一代柔性显示和照明 设备等的驱动电路，具有广阔的应用前景。传统的有机场效应晶体管多采用有机薄膜 作为半导体层传输电荷，但是有机薄膜中存在大量晶界和无序缺陷，这些缺陷在电荷 传输时很容易束缚和散射电荷，降低器件性能。有机单晶中分子高度有序排列，不存 在晶界和无序缺陷，能够有效提高器件的性能，是获得高性能光电器件的最佳选择之 一，同时还能够反映材料本征性质，近年来受到人们的广泛关注。然而，有机晶体通 常难于长大，多数以微纳晶的形式存在，因此，如果能直接在微纳晶的基础上构筑器 件，开展研究，不仅能克服有机单晶难于长大的缺点，实现对材料的高效表征，同时 也必将促进有机晶体和微纳光电子器件的融合，推动纳米分子电子学的发展。 酞菁（Pcs）类材料是目前最稳定的有机半导体之一，不仅具有良好的化学和热 稳定性，同时具有很好的光电性能，在有机光电材料的研究中一直备受关注。本论文 以酞菁材料为代表，开展了有机单晶微纳材料与微纳光电子器件的研究。主要内容如 下： 1. 发展了一种普遍适用于有机微纳单晶制备的方法，成功获得了酞菁铜（CuPc） 和氟代酞菁铜（F16CuPc）的单晶微/纳米带。采用温区变化相对剧烈、梯度可 良好控制的两段控温管式电阻炉对CuPc和F CuPc进行物理气相输运生长，成功 16 获得了宽几十纳米到几微米，长几十微米的一维单晶微纳米带。这种方法具有 良好的普适性，能够将其他多种有机半导体材料制备成单晶微纳结构。使用高 精度手动机械探针台实现了对CuPc微纳单晶带的操作，将单晶带精确移动到目 标衬底上，使带与衬底表面良好贴和，为下一步电极沉积做好准备。利用开发 的多次移动金丝掩模法，实现了无损真空镀膜蒸镀电极，成功制备了低阈值电 2 压(-3 V)、高迁移率(0.2 cm /Vs) 的有机单晶微纳器件。 2. 机械移动有机单晶的过程中容易损伤晶体表面，降低器件性能，如果能在绝缘 层表面原位生长有机单晶就能够有效克服这一问题。在先前物理气相输运生长 有机半导体微纳结构的基础上，在沉积衬底上预先制备晶核，诱导CuPc纳米带 的生长，获得了沿衬底表面平贴生长的单根CuPc纳米带和构成交叉、平行等多 种构形的CuPc纳米带。结合多次移动金丝掩模板法，直接将原位贴和于衬底表 面的纳米带制备成器件，获得的器件具有更低的阈值电压( -0.5 V)和更高的空 3 2 穴迁移率(0.4 cm /Vs) 。 3. 现代数字电路中，人们将n型与p型有机半导体结合在一起制备出互补对称电路 作为结构单元，使电路具有高稳定性和高抗干扰能力，同时电路功耗很低。这 就要求在分子电子学中p型和n型有机半导体均衡发展。但是，空气中稳定的有 机半导体绝大多数为p型，所见报道的空气中稳定的n型有机半导体仅有寥寥几 种。F CuPc是目前所见报道的少有的几种空气中稳定的n型有机半导体材料之 16 一，并且其分子结构与CuPc非常类似，可能获得与CuPc相似的微纳单晶和器件 性能。因此，在较系统地研究了p型有机半导体CuPc的单晶微纳结构和器件之 后，又开展了F CuPc的研究。用