有机场效应晶体管：新型有机半导体分子材料的设计、合成与器件的性能研究

场效应晶体管是通过调节栅极电压来控制源漏极之间电流大小的一种有源器件。以有机半导体材料制备的有机场效应晶体管具有许多特点,如制备工艺简单、成本低和柔韧性好,可被用作智能卡、电子商标、电子纸、存储器、传感器和有源矩阵显示器。本报告将介绍有机π-共轭分子的设计、合成,以它们为半导体材料,有机场效应晶体管的制备及电性能的研究。设计、合成了并五噻吩,进行了结构表征和薄膜性能研究,并以它为半导体材料制备了场效应晶体管。结果表明并五噻吩Eg为3.29eV,而相应的并五苯的Eg仅为1.85eV。热分解温度272℃。场效应迁移率0.045cm^2/Vs,开关比10~3。预示着并五噻吩将是新一类有机半导体材料。我们把微电子学中的掺杂技术扩展到纳米电子学中,首先制备了氮掺杂的多壁碳纳米管,然后利用聚集离子束技术制备了基于单根碳纳米管的场效应晶体管。氮掺杂的碳纳米管显示n-半导体特性,电子迁移率高达895cm^2/Vs。从低成本的铜和银的下电极结构出发,结合对二氧化硅衬底的表面修饰,通过简单的一步溶液法在电极上生成有机电荷转移复合物,从而提高了铜和银电极的表面功函数,改进了电极和有机半导体之间的接触,降低了接触电阻,改善了载流子的注入,从而实现了和金上电极结构器件相当的高性能。合成了2-芘氧一4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧自由基,并以它为半导体材料,以SiO_2为绝缘层制备了场效应晶体管。结果表明,采用该化合物制备的器件显示出良好的p-型场效应性能,场效应迁移率高达0.1cm^2/Vs,开关比为5×10~4。

三(五氟苯基)硼烷掺杂有机/高分子半导体的研究进展

有机/高分子共轭聚合物的结构设计是制备高性能有机半导体的有效策略,但该过程存在着设计合成周期长、制备步骤复杂和产率偏低等问题。为了克服这些问题,近年来人们越来越关注对有机/高分子半导体的掺杂。然而,传统电荷转移掺杂剂(如卤族单质I_(2)、金属氧化物Fe_(3)O_(4)、小分子F4TCNQ等)存在掺杂效率低、溶解度差和掺杂条件苛刻等问题。相比之下,三(五氟苯基)硼烷具有溶解度高、掺杂效率高、广泛适应性等优点。本文结合相关文献综述了三(五氟苯基)硼烷掺杂有机半导体的物理机制,并探讨了掺杂有机半导体的性质;此外,还总结了三(五氟苯基)硼烷掺杂在不同光电功能器件中的应用并明确了今后的研究方向。

聚硫堇半导体性质的电化学证据

聚硫堇的电导率为9.6×10－6 S·cm－1,属有机半导体.在10 ℃至60 ℃温度范围内，测定了聚硫堇的循环伏安图、恒电位下的放电曲线和交流阻抗图,并测定了电解质溶液的电导率随温度的变化.在聚硫堇的循环伏安图上有一阳极峰和一阴极峰,它们的峰电流均随温度的升高而增加；恒电位下的放电电流也随温度升高而增加；而交流阻抗的结果表明,聚硫堇的电荷传递电阻Rct随温度升高而下降,即它的交换电流i0随温度升高而增加;而溶液电阻和膜电阻也随温度的升高而下降，这同样会引起电流随温度升高而增加.所以温度对固体半导体聚硫堇的电极反应速率的影响包含了电极反应的本身和电极的电导率等因素的影响.聚硫堇的扫描电镜图证实了它的表面是一种纤维状结构.

分子半导体改性聚合物复合电介质研究进展

薄膜电容器因具有功率密度高、损耗低、循环寿命长、安全环保等特点而被广泛应用于智能电网、风力发电、电动汽车、脉冲功率系统等领域。电介质是决定薄膜电容器性能的关键,但材料中的缺陷、杂质等在高温、高电场下产生泄漏电流,使薄膜电容器的储能性质急剧降低,难以在热、电耦合场下获得高能量密度。向聚合物电介质中引入微量有机分子半导体的改性方式可使电介质中产生能量陷阱捕获载流子、抑制泄漏电流,从而降低电导损耗,提高充放电效率。本文综述了通过向聚合物基体中引入有机分子半导体提升电介质高温储能性质的方法,讨论了有机小分子半导体、聚合物分子半导体改性对储能性质的影响机制,并展望了相关领域未来的发展方向。

基于有机(高分子)半导体和光致变色分子的场效应晶体管

作为有机电子学重要的研究内容,有机场效应晶体管(OFETs)的研究近年来得到了广泛的关注.随着应用场景的多元化,研究者对具有多功能,尤其是对特定外场刺激具有响应及存储功能的场效应晶体管的研究越来越重视.其中,在光照下发生器件性能可逆变化的有机场效应晶体管在神经突触模拟、多稳态记忆器件、非易失性存储器等功能器件领域具有潜在的应用前景.光调控有机场效应晶体管的构筑策略是引入光致变色分子,其可在特定波长光照下在两种状态间进行可逆转换,利用它们在两种状态下具有的不同的性质,从而影响OFETs的载流子输运性质,进而实现对器件性能的调控.本文综述了基于三种常见光致变色分子的光调控有机场效应晶体管的研究进展,并且展望了该领域的发展趋势.

POSCAP电容器及其应用

POSCAP电容器是三洋公司继OS-CON电容器后开发的新产品,是一种贴片式钽高分子有机半导体固态电解电容器,以下简称POSCAP钽电容器。该系列电容器主要特点:剖面高度低;高频时阻抗及等效串联电阻(ESR)低,容许的纹波电流大;寿命长,在105℃时可达2000小时;有极好的噪声吸收能力;良好的温度特性,低温可达-55℃;可耐20A的冲击电流;允许采用240℃、10s的再流焊;在安全性方面比普通钽电解电容器有更优越的性能。

掺杂改性PMMA/PVDF共混聚合物基复合介质的储能性能提升

薄膜电容器在高压输电换流站、新能源汽车电驱动控制器、电磁武器脉冲功率电源等电气工程和电子器件领域具有重要应用。当前薄膜电容器正向着高能量密度、耐电压、耐高温等技术方向发展,对电容薄膜的电气性能提出了更高要求。本文选择铁电聚偏氟乙烯(PVDF)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混物作为储能聚合物基体,以具有高介电常数的纳米粒子BaTiO_(3)和具有高电子亲和能的有机分子半导体[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)作为掺杂相,综合利用BaTiO_(3)的高介电特性及PCBM的捕获电荷能力,提高复合介质的极化强度与击穿场强,显著改善储能性能。研究表明,单掺杂BaTiO_(3)时,掺杂含量为3wt%时复合介质综合性能最优;在此基础上,随着PCBM掺杂含量增大其储能密度和充放电效率提升明显。当PCBM掺杂含量为2wt%时,含有3wt%BT的PMMA/PVDF复合介质具有优异的储能性能,当电场为579.67 kV/mm时,放电能量密度达到15.60 J/cm3且充放电效率为75.30%。本文首次提出基于少量无机高介电协同有机分子半导体功能填料的聚合物薄膜储能性能改性研究,通过加入少量的BaTiO_(3),既避免了由于BaTiO_(3)含量过高而导致的绝缘性能下降问题,又保证了BaTiO_(3)粒子对复合介质介电常数和极化性能的提升。同时,为了进一步改善因低介电常数基体与高介电常数BaTiO_(3)颗粒之间的电场畸变所导致的击穿强度下降问题,考虑在复合介质中加入一定量的PCBM,利用PCBM强大的电子亲和能力,在复合介质中构筑深陷阱以捕获和束缚载流子,抑制载流子的迁移,提升复合介质的击穿场强,从而综合提升了复合介质的储能性能,这为开发储能性能优异的聚合物复合介质提供了一种新思路。