分子自组装在有机场效应晶体管中应用-微电子学与固体电子学专业论文.docx

重庆大学 重庆大学硕士学位论文 目 录 PAGE PAGE IV 目 录 中文摘要 I 英文摘要II 1 绪 论 1 1.1 引言 1 1.2 有机场效应晶体管的介绍 1 1.2.1 有机场效应晶体管的结构 1 1.2.2 有机场效应晶体管的工作原理 2 1.2.3 有机场效应晶体管的表征参数 3 1.2.4 有机半导体薄膜的制备工艺 5 1.2.5 有机场效应晶体管性能的影响因素 6 1.3 分子自组装的研究背景 11 1.3.1 分子自组装的定义及成膜机理 11 1.3.2. 分子自组装薄膜的制备方法 13 1.3.3 分子自组装薄膜在有机场效应晶体管中的应用 15 1.4 本论文的研究内容与意义 16 1.4.1 意义 16 1.4.2 研究内容 17 2 实验材料与设备 19 2.1 主要材料与试剂的除水 19 2.3 主要设备及表征仪器 19 3 分子自组装在石墨烯场效应晶体管中的应用 21 3.1 石墨烯的研究背景 21 3.1.1 石墨烯的结构 21 3.1.2 石墨烯在场效应晶体管中的应用 22 3.2 实验部分 23 3.2.1 本节主要研究内容 23 3.2.2 自组装分子的合成 24 3.2.3 分子自组装膜的制备 25 3.2.4 石墨烯场效应晶体管的制备 27 3.2.5 实验结果与讨论 27 3.3 本章小结 35 4 ADO-PA 自组装分子在红荧烯器件中的应用 36 4.1 红荧烯的研究背景 36 4.2 实验部分 37 4.2.1 红荧烯器件的制备 37 4.2.2 问题与讨论 38 4.3 本章小结 45 5 全文总结与展望 46 致 谢 47 参考文献 48 附 录 53 附录 A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文和专利： 53 附录 B．自组装分子 AYPA 的核磁谱数据： 54 重庆大学 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 PAGE PAGE 10 1 绪 论 引言 有机场效应晶体管（OFET）以有机半导体材料为有源层，是一种通过控制栅 压来调节源漏电极间电流的电子器件。由于有机半导体材料种类繁多、易于合成 又可大规模生产，同时又能与柔性衬底材料兼容，因而在过去的 30 年中，有机场 效应晶体管一直受到人们的广泛关注。对有机薄膜晶体管而言，我们可以直接在 绝缘层上蒸镀半导体材料，使得在很小的基片上就可以筑造成千上万个晶体管， 更小的晶体管就意味着电子元件具有更高的集成程度以及更快的运行速度，因此 有机场效应晶体管（OFET）在未来的电子工业领域中具有十足的竞争力，可用于 记忆组件、全有机主动显示、传感器、大规模及超大规模集成电路、互补逻辑电 路、有机激光以及超导材料制备等。 然而，尽管目前有机场效应晶体管的综合性能已经有了很大的提升，甚至某 些器件的个别性能还超过了单晶硅。但是，就有机场效应晶体管的总体发展水平 而言，器件的综合性能还不能满足商业化的要求。目前，限制有机场效应晶体管 应用的主要因素是器件的载流子迁移率不高。随着研究者们对载流子迁移率的研 究不断深入，人们发现，器件的栅绝缘层与器件的综合性能有着莫大的联系。研 究结果表明，栅绝缘层的粗糙度以及绝缘层与有机半导体层间的兼容性会对有机 半导体的生长方式以及形貌产生影响，从而影响器件的载流子迁移率。因此，修 饰栅绝缘层的表面也是提高有机场效应晶体管综合性能的有效的路径之一。 1.2 有机场效应晶体管的介绍 1.2.1 有机场效应晶体管的结构 有机场效应晶体管根据栅极的位置不同，器件可分为顶栅和底栅两种结构， 每种结构又根据源、漏电极与有机半导体层的相对位置不同，又分为顶接触与底 接触两种类型，因此有机场效应晶体管有四种结构，如图 1.1 所示即底栅顶接触（图 a）、底栅底接触（图 b）、顶栅顶接触（图 c）、顶栅底接触（图 d）。与底接触式结 构相比，顶接触式器件，由于有机半导体层直接生长在栅绝缘层上，再在表面上 制备源漏电极，所以半导体层内部的晶体结构以及半导体层与绝缘层间的界面较 为平整均匀。此外，顶接触器件的源漏电极与有机半导体层间的接触面积较大， 因此顶接触结构的接触电阻较小，利于载流子的注入与输出。基于以上优点，目 前使用最多的是顶接触式结构。 图 1.1 有机场效应晶体管的基本结构[1] Fig 1.1 The structure of organic field-effect transistors[1] 1.2.2 有机场效应晶体管的工作原理 1930 年，Lilienfeld[2]第一次提出了有机场效应晶体管的工作原理，即依靠外 加电场使半导体表面引发一种电流，并通过控制电场的强度来控制半导体表面电 流的大小，即通过调节栅压来控制源漏电流的大小。