喷墨打印C8-BTBT薄膜中的衬底效应及其OTFT器件

以喷墨打印制备的共轭有机小分子2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)作为有机薄膜晶体管(OTFT)的有源层,分别采用紫外臭氧处理、旋涂聚(4-乙烯基苯酚)(PVP)薄膜、自组装苯乙基三氯硅烷(PETS)单分子层和苯基三氯硅烷(PTS)单分子层四种衬底修饰方法,分析有机小分子薄膜生长过程中的衬底效应,及其对OTFT器件性能的影响。其中PVP或PETS修饰衬底具有疏水及低表面粗糙度的特性,在其上喷墨打印沉积的C8-BTBT单线条薄膜具有均匀性好、覆盖率高且有序堆积的结晶形貌,基于这种高质量薄膜制备的OTFT器件性能最优,饱和场效应迁移率达到1 cm2·V-1·s-1左右,开关比超过106。结果表明,对打印衬底进行疏水性处理及降低表面粗糙度是制备高性能共轭小分子OTFT器件的有效途径。

非对称结构诱导取向生长的有机半导体薄膜

采用非对称立体结构,利用其表面在微米尺度范围上存在的表面曲率变化及其各向异性的梯度特征,作用于喷墨打印在结构上方的TIPS-并五苯前驱体溶液表面,形成不对称的液体表面张力分布,从而驱动有机半导体发生取向生长。基于这种非对称立体结构制备了有机薄膜晶体管(OTFT)阵列,其平均迁移率提升了近40%,同时迁移率的变异系数由68%减小到39%。

有机半导体在非对称金-石墨烯电极上的取向生长

为了实现在微尺度范围内有机半导体的取向生长,提出了一种基于不对称金-石墨烯电极的底接触有机薄膜晶体管器件结构。半导体前驱体溶液在不同衬底上表现出的不同接触角将打破液体/空气界面处的表面张力与表面能的总体平衡,形成马兰戈尼流并促使溶液在低润湿性的石墨烯电极表面的接触线快速后退。实验结果表明,基于这种不对称电极制备的底接触有机薄膜晶体管(OTFT)阵列的平均迁移率显著提升,达到常规对称结构器件的2倍,同时器件迁移率的相对标准差从53%下降到33%。该不对称器件结构实现了半导体薄膜在器件沟道处的取向生长,从而提高了器件迁移率与均匀性。