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。