可拉伸有机场效应晶体管材料与制备工艺研究进展

作为一种新兴的电子应用技术,可拉伸电子器件打破了传统刚性电路的限制,进一步拓展了光电子材料的应用领域。可拉伸有机场效应晶体管(STOFETs)可作为信号调制和电子开关元器件,正在被应用于可穿戴电子、植入式电子和类皮肤电子等领域。本文综述了近年来STOFETs核心材料及制备工艺的研究进展,包括电极、电介质层、有机半导体层材料,溶液法、印刷法、溶液沉积法等制备工艺,并介绍了STOFETs器件的相关应用。最后,对STOFETs器件存在的科学问题进行了总结并就未来发展方向进行了展望。

溶液法制备蒽醌类衍生物介电层及其在有机场效应晶体管中的应用

如何获得高性能、稳定传输的n型半导体材料是柔性电子器件领域研究的重点。本研究设计合成了两种13,13,14,14-四氰基-5,11-二噻吩并蒽醌二甲烷衍生物(M-C0和M-C10)。根据电化学表征计算得到M-C0和M-C10的LUMO能级分别为–4.01eV和–3.95eV,HOMO能级分别为–6.62eV和–6.45eV。较低的HOMO能级(<-5.4eV)保证该类化合物具有良好的空气稳定性。其中,M-C10引入癸烷基取代基,材料具有很好的溶解性,溶液法涂布制备有机场效应晶体管的介电层,可替代完美修饰的十八烷基三氯硅烷(OTS)介电层,使以酞菁铜为有机半导体层的场效应晶体管的性能提高近两个数量级,空穴迁移率达到2.4×10^(-2)cm^(2)V^(-1)s^(-1),且在制备工艺方面,溶液涂布操作简单,易重复,适用于大面积柔性器件。

有机场效应材料氟化噻吩并四硫富瓦烯衍生物的电荷传输性质

噻吩并四硫富瓦烯(TTF)衍生物在有机场效应材料方面有较大的应用前景.应用密度泛函理论B3LYP泛函在6-31G(d,p)基组水平上计算了系列氟取代扩展噻吩并四硫富瓦烯衍生物(c2FT、t2FT及4FT)的轨道能级、电离能(IP)、电子亲和势(EA)和重组能(λ).在此基础上,进一步计算二聚体的迁移率,评估了载流子传输能力,并讨论取代位置和堆积方式对电荷传输性质的影响.计算结果表明,氟取代位置对二噻吩并四硫富瓦烯(DT-TTF)衍生物迁移率及电荷传输性质的影响较小,却有效降低了给电子能力.计算结果对设计和合成高效稳定的光电功能材料具有指导意义.

有机场效应晶体管的研究与应用进展

有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比,由于其可应用于生产大面积柔性设备而被人们广泛的研究,在有机发光、有机光探测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等众多领域具有潜在而广泛的应用前景。文中对OFET结构和工作原理做了简要介绍,之后重点讨论了最近几年来OFET中有机材料和绝缘体材料的发展状况,接着总结了OFET制备技术及其应用新领域,最后对OFET发展面临问题及应用前景做了归纳和展望。

有机场效应晶体管最新实验研究进展

介绍了近两年新报道的有机半导体材料,列举了其场效应性能参数;综述了有机场效应晶体管(OFET)在器件结构上的改进,重点阐述了基于常见有机功能层材料富勒烯及其衍生物、并五苯、聚3-己基噻吩的OFET对栅介质层及有机功能层与电极的界面的改进,讨论了器件结构改进对OFET阈值电压、开关比、载流子迁移率的影响;介绍了衬底温度、退火处理对OF-ET性能的影响。最后,针对有机场效应晶体管研究现状,指出未来研究中应注重开发高迁移率、高薄膜稳定性的有机功能材料和高介电常数、高成膜质量的有机栅介质材料,继续优化器件结构,改进制备工艺以提高器件性能。

齐聚噻吩及其衍生物在有机场效应晶体管(OFETs)应用中的研究进展

作为一种重要的有机场效应晶体管(OFETs)材料,齐聚噻吩类衍生物因其自身独特的性能一直是近几十年来科学家们广泛关注的焦点.本文基于材料分子结构(简单的寡聚噻吩、含功能基团的寡聚噻吩、芳杂环或稠环与噻吩的共聚物、含烯基和炔基的齐聚噻吩衍生物以及齐聚噻吩衍生物的高聚物等)的角度分类综述了齐聚噻吩类衍生物在有机场效应晶体管中的应用进展.对世界范围内的最新研究成果作了总结,并对研究趋势作了展望,最后指出了目前研究现状需要解决的关键问题.

P型硅并五苯有机场效应晶体管的研制

以P＋＋硅为衬底，热生长SiO2为栅绝缘层，真空蒸发有机半导体材料并五苯作为有源层，射频磁控溅射金作为源、漏电极，成功制作了底接触式并五苯有机场效应晶体管（OFETs）。测试表明在源漏电压为70V时，器件的载流子迁移率μ为：0．31cm^2/V.s。

聚乙烯醇作为绝缘层的有机场效应晶体管

报道了一种有机场效应晶体管,它采用聚乙烯醇作为绝缘层,ITO作为栅极,酞菁铜作为有机半导体层,铝作为源漏电极。采用旋涂和真空掩蔽蒸发法,成功研制出了绝缘层为聚乙烯醇的有机场效应晶体管。经测试器件的载流子迁移率为4.56×10-3 cm2.V-1.s-1,开关比为300。器件显示出良好的输出特性,表明聚乙烯醇是一种合适的有机场效应晶体管绝缘层材料。

采用真空镀膜制备的叠层结构有机场效应晶体管的研究

本文报道了一种叠层结构有机场效应管,它有别于一般的顶接触式和底接触式结构OFET。该器件采用真空镀膜制备,以SiO2作为绝缘层,酞菁铜CuPc作为沟道层。测量出其输出特性曲线,可看见较明显的场效应特性。对器件温度特性的研究表明,漏极电流随着温度的升高而增大。XRD分析表明,在Si/SiO2和Si/SiO2/Al两种衬底上蒸镀制备的CuPc薄膜呈多晶结构,且两种衬底上的CuPc薄膜晶粒尺度大致相等。

水分子对有机场效应晶体管阈值电压稳定性的影响

以重掺杂Si片为衬底,SiO_2为栅绝缘层,并五苯为有源层,制备了有机场效应晶体管(OFETs),研究了空气中水汽对场效应性能的影响。实验表明:当器件较长时间放置在空气中时,吸附在并五苯和SiO_2接触面之间的水分子导致阈值电压漂移,器件的稳定性降低;经过热处理的器件的阈值电压漂移现象消失。提出了解释阈值电压漂移现象的模型,该模型可解释水分子在这个过程中所起的作用。

基于硅钛氧化物复合薄膜的有机场效应晶体管

研究了以硅钛氧化物复合薄膜为绝缘层、并五苯为半导体层的有机场效应晶体管(OFET),其中硅钛氧化物复合薄膜采用溶胶-凝胶法制备。采用傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电子显微镜对硅钛氧化物复合薄膜进行了测试和表征。结果表明,硅钛氧化物复合薄膜中存在两种不同类型的氧化钛晶体结构(锐钛矿和金红石),具有较高的介电常数(k=9.47),在30 V偏压下漏电流密度小于1×10-9 A·cm-2。器件测试结果表明,有机场效应晶体管的载流子迁移率为0.16 cm2·V-1·s-1,开启电压为-1.9 V,亚阈值摆幅为180 mV·dec-1,开关比为1×104。高介电常数绝缘层可以有效降低有机场效应晶体管的工作电压、开启电压和亚阈值摆幅。

有机场效应晶体管的数值研究

有机场效应晶体管(OFETs,OrganicFieldeffecttansistors)在平板显示、智能卡、射频标识牌、塑料电子学等方面存在广泛的应用,引起人们广泛的研究兴趣。本文推导了底部接触电极结构OFETs的解析模型,并且用数值方法研究了OFETs器件参量对OFETs性能的影响,并指出相应的优化途径。

基于并五苯/酞菁铅异质结的近红外光敏有机场效应管(英文)

采用并五苯(Pentacene)和酞菁铅(PbPc)两种有机材料作为有源层,制备了异质结有机光敏场效应管。在波长为808 nm、强度为124 mW/cm2的近红外光照条件下,异质结phOFET获得最大的光暗电流比达4.4×104,栅压为-50 V时的最大光响应度为118 mA/W,比单层酞菁铅phOFET分别高出766倍和785倍。在经过120 h后,器件的最大光暗电流比和最大光响应度分别稳定于5.4×104和326 mA/W附近。由于在异质结phOFET中采用了对近红外光具有高吸收效率的酞菁铅作为光敏层,而高空穴迁移率的并五苯材料作为靠近栅介质的沟道层,光生载流子的产生与传输能力得到了有效的提高。实验结果表明,基于并五苯/酞菁铅的有机异质结应用于光敏有机场效应管的结构设计中,可以使phOFET成为一种同时具有良好光敏性及稳定性的近红外光探测器件。

PVA栅绝缘层浓度对P3HT有机场效应晶体管性能的影响(英文)

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管,研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示,以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能,器件的场效应迁移率为0.31 cm2·V-1·s-1,阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因,结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管,选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。

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。

乙酰丙酮镁对有机场效应晶体管迁移率的影响

载流子迁移率是有机场效应晶体管(OFETs)的重要参数,直接决定了OFETs的功率和工作频率,对电子纸和射频标签等实际应用起到至关重要的作用。为了提高以聚(3-己基噻吩)(P3HT))和聚苯乙烯(PS)的混合物作为半导体材料的OFETs的载流子迁移率,提出利用结晶的乙酰丙酮镁来诱导P3HT在界面处结晶的方法。研究了使用不同量的乙酰丙酮镁掺杂的热交联聚乙烯基苯酚(CPVP)作为介电材料时OFETs性能的变化。结果表明,当在常用介电材料CPVP中掺杂适量乙酰丙酮镁(质量分数为0.6%)作为介电层时,器件的载流子迁移率达到最大(2.88×10-2 cm2/(V·s)),是单纯使用CPVP介电层时迁移率的11倍。

有机场致薄膜三极管研究引人注目

2001年7月29日至8月3日国际光工程会年会(SPIE)在美国San Diego市举行,会议共有84个主题分会场,涉及到光通讯、激光、材料、航空航天等许多领域。与有机材料相关的分会场主要有:有机场致三极管、太阳能电池、有机发光二极管、液晶材料、有机非线性光学材料等。其中有机场致三极管分会是首次设立,表明这个新兴领域已开始引人注目。

有机场效应管在晶体电光调制中的应用

利用以肽菁铜为半导体层的有机场效应晶体管构成一个反向放大电路作为电光调制器的调制电路,测试了其对光信号的调制效果.实验结果表明,有机场效应管在低频下可实现放大功能,为电光晶体提供驱动和调制电压,并实现了对激光信号的调制.根据实验结果,对该场效应管的性能进行了分析.

基于降低有机场效应晶体管泄漏电流的研究进展

近年来,由于有机场效应晶体管(OFET)具有成本低、机械柔性优异且可大面积制备等优点成为国际研究的前沿领域之一。迄今为止,OFET的载流子迁移率已超过了非晶硅薄膜晶体管,在柔性集成电路中表现出了巨大的应用潜力。随着技术的不断改进,OFET的工作频率不断提高。首先阐述了泄漏电流的来源;然后介绍了影响OFET静态功耗的最主要因素是栅极泄漏电流,总结了近年来降低OFET栅极泄漏电流的主要方法,如构建多层结构的栅介质、开发新型栅介质材料和交联栅介质材料;最后对降低OFET泄漏电流的方法进行了展望。

基于蛋清栅绝缘层的高性能C_(60)有机场效应晶体管(英文)

采用生物材料(蛋清)作为栅绝缘层制备了基于C60为有源层的有机场效应晶体管。器件展现出了合理的电学特性,场效应迁移率和阈值电压分别为2.59 cm2·V-1·s-1和1.25 V。有机场效应晶体管展现良好性能的原因是蛋清具有较高的介电常数及热退火后形成的光滑表面形貌。实验结果表明,对于制备有机场效应晶体管来说,蛋清是一种有前途的绝缘层材料。