光子烧结技术在印刷电子技术中的应用研究进展

光子烧结技术是一种低温、选择性、非接触式烧结技术,可以对衬底上的各种纳米材料墨水进行固化烧结,实现墨水的功能化,并获得印刷电子器件的物理性能。光子烧结技术包括激光烧结、红外烧结及闪灯烧结,它们又具有各自的应用特点,在印刷电子领域中受到了广泛的关注。本文简要介绍了光子烧结技术的一些相关研究,重点介绍了光子烧结技术在金属纳米导电墨水中的应用及研究进展。

印刷半导体碳纳米管薄膜晶体管光电性能研究

本文研究了聚[(2,7-9,9-二辛基芴基)-4,7-双(噻吩-2-基)苯并-2,1,3-噻二唑](PFODBT)分离的半导体碳纳米管薄膜晶体管的光电性能。在超声和高速离心辅助下,PFO-DBT能够从商业化单壁碳纳米管中选择性分离出高纯的半导体碳纳米管。用得到的半导体碳纳米管溶液通过气溶胶喷墨印刷方法构建出高性能印刷薄膜晶体管器件。印刷碳纳米管薄膜晶体管表现出高的开关比(10~7)和高迁移率(15.6 cm^2·V^(-1)·s^(-1))。并且所有制备的印刷薄膜晶体管具有很好的光敏感特性和很好的稳定性。

全印刷碳纳米管薄膜晶体管构建及电性能研究

利用纳米压印和电刷镀技术在PET基体上制作出大面积金源、漏电极阵列。分别采用钛酸钡复合材料为介电层,印刷银电极为顶电极,聚芴-二噻吩基吡咯并吡咯二酮(PF8DPP)分离的半导体碳纳米管为有源层,在柔性基体上构建出全印刷碳纳米管薄膜晶体管器件和反相器。全印刷碳纳米管薄膜晶体管的开关比和迁移率分别达到4×104和6cm2·V-1·s-1,且器件表现出零回滞特性。构建的反相器在Vdd=8V时,其增益可以达到12。

双极性碳纳米管薄膜晶体管构建及电性能研究

本文用聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(1,4-苯并2,1-3噻二唑)](PFO-BT)分离的半导体碳纳米管作为有源层,通过气溶胶喷墨打印技术在刚性基体上构建出底栅结构的碳纳米管薄膜晶体管器件。用钛酸钡复合材料封装后,碳纳米管薄膜晶体管表现出很好的双极性、较高的开关比和零回滞特性,同时阈值电压能够控制在0V附近。通过两个双极性薄膜晶体管连接而成的反相器表现出零回滞、高电压增益(Vdd=1.5V时,其增益可达到35)和大噪声容限(Vdd=1V时,最大噪声容限为0.44V)。

喷墨打印构建碳纳米管薄膜晶体管及其电性能的研究

本文利用聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(1,4-苯并2,1-3-噻二唑)](PFO-BT)、聚[N,N′-二(2-辛基十二烷基)-异靛蓝-共-(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)](PFIID)、聚[氮-(9-十七烷基)咔唑](PCZ)、聚[N,N′-二(2-辛基十二烷基)-异靛蓝-共-N-[1-(辛基壬基)-咔唑基-2,7-二基](PCZIID),尝试从本实验室用电弧放电法制备的单壁碳纳米管中分离纯化出高纯的半导体碳纳米管,并通过喷墨打印方式在氧化铪基体表面构建碳纳米管薄膜晶体管器件。研究表明这4种聚合物都能从自制单壁碳纳米管中选择性分离半导体碳纳米管,其中分子量和共轭单元更大的PCZ和PCZIID表现出更高的分离效率。通过对基底进行氧等离子体处理和优化打印工艺,得到了性能较好的印刷碳纳米管薄膜晶体管器件,器件的开关比为1.2×10~5~8×10~5,迁移率可达到5.3~6.8cm^2·V^(-1)·s^(-1)。表明自制的单壁碳纳米管可用于构建性能优越的印刷薄膜晶体管器件,还有望应用于高密度集成电路和新型显示所需的驱动电路等。

单手性半导体碳纳米管在生物成像中的研究进展

半导体碳纳米管在生物成像、光热疗法和运载药物等生物医学应用中都展现出明显的优势。特别是生物成像,半导体碳纳米管在近红外生物窗口(0.7~1.4μm)中显示出固有的荧光和强大的光学吸收。半导体碳纳米管不仅可以在体内深层成像中对细胞进行荧光标记,还可以追踪和治疗肿瘤细胞。半导体碳纳米管的电子能带结构和光、电性能均取决于它们的手性,应用于生物医学时,只有采用单手性半导体碳纳米管才能最大限度展现出碳纳米管本身的优势。单手性半导体碳纳米管的分离及其在新型光电子器件和生物荧光成像等相关应用一直是当今科技前沿中的研究热点。本论文将介绍半导体碳纳米管的分离技术和单手性碳纳米管在生物成像领域的研究进展。

萘酰亚胺取代修饰4,4′-螺双环戊并[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩化合物的合成制备及其在有机薄膜光伏器件中的应用研究

近年来,新型有机非富勒烯受体的开发极大地促进了有机聚合物太阳能电池效率的不断突破。其中具有空间非平面结构的新型非富勒烯受体材料是该领域的一个研究热点。本文选取1,8-萘酰亚胺(NMI)作为受电子单元,合成制备了基于螺[4,4]双环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩核心单元的空间非平面化合物SCPDT-(NMI)4及对应的基于环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩以及环戊[2,1-b∶3,4-b′]二噻吩-4-酮的线性模型化合物CPDT-(NMI)2和CPDT-O-(NMI)2。在此基础上,详细研究了3个化合物的光谱吸收、荧光光谱以及循环伏安电化学性质。结果表明,具有螺形结构的SCPDT-(NMI)4因其非平面结构以及较高的分子内空间位阻,导致其吸收光谱与线性化合物CPDT-(NMI)2相比出现了11nm的蓝移。固体薄膜吸收光谱结果表明,这一系列化合物具有弱的分子间相互作用。电化学循环伏安测试结果表明,所合成的3个化合物均有可逆的氧化还原过程。据此测得化合物的LUMO能级大致为-3.5^-3.8eV之间,可作为电子受体用于有机薄膜光伏电池。利用所合成的萘酰亚胺修饰的化合物作为电子受体,PBDB-T作为电子给体制备了有机太阳能电池器件。器件实验结果表明,基于空间非平面SCPDT-(NMI)4的器件光电转换效率达到了1.16%,远高于以线性分子CPDT-(NMI)_2作为受体的器件效率(0.11%)。荧光光谱猝灭实验结果表明,所合成的萘酰亚胺化合物与聚合物之间不完全的电子转移是影响器件性能的最主要因素。

封装对聚合物太阳能电池性能和稳定性的影响

为了提高有机光伏器件的寿命,通常采用封装技术来限制太阳能电池在水氧中的暴露程度。尽管聚合物太阳能电池(organic solar cells,OSCs)封装领域的相关研究已取得系列进展,但文献中很少研究封装过程带来的损伤。以经典的聚-3已基噻吩为给体,[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯为受体,通过将哌嗪作为第三组分提高器件稳定性,以氧化锌(ZnO)和三氧化钼(MoO_(3))为传输层材料制备倒置结构OSCs,系统考察大规模卷对卷器件封装中常用的紫外线(ultraviolet,UV)固化粘合剂对器件光电转化效率和稳定性的影响。结果表明,随着辐照时间的延长,UV胶封装器件的性能(开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转化效率)呈持续下降趋势,更换MoO_(3)/Al电极后老化器件性能恢复,证实MoO_(3)/Al界面破坏是器件性能衰减的重要原因。激光束诱导电流成像显示UV胶封装出现由边缘向中心的失效过程。据此,提出如下的降解机理:UV胶中的光引发剂在紫外光照射下会产生强的质子酸,产生的质子酸与MoO_(3)发生反应,阻碍了空穴的有效传输,最终使得器件效率大幅度下降。此外,还开发出一种有效的OSCs器件用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物膜封装工艺。本研究指出了UV胶固化粘合剂封装工艺的问题,同时也为提高聚合物太阳能电池的稳定性提供了新策略。

基于喷墨打印的In_2O_3/IGZO TFT的电学性能

利用喷墨打印技术制备了非晶铟镓锌氧化物(IGZO)薄膜、铟氧化物(In_2O_3)薄膜和性能明显改善的双层In_2O_3/IGZO异质结沟道薄膜,研究了薄膜的物理与电学特性。结果表明,喷墨打印制备的金属氧化物薄膜具有较高的光学透过率与较低的表面粗糙度;嵌入的In_2O_3层薄膜能减小IGZO与In_2O_3间的界面缺陷,明显提高In_2O_3/IGZO薄膜晶体管(TFT)的性能及其偏压稳定性。随着IGZO中In含量的增加,载流子浓度升高,器件的迁移率增大,但In_2O_3与IGZO间能级势垒会逐渐降低,最后导致难以控制关态电流和阈值电压,因此,适当调整In的比例有利于获得较高器件性能的In_2O_3/IGZO异质结沟道TFT。

透明氧化物半导体及其溶液法制备薄膜晶体管

透明氧化物电子材料是当今最重要的电子材料之一,其本质是一类具有高迁移率的宽带隙半导体。通过调节其组分和结构,可以大范围调节其载流子浓度,从而使其表现为半导体或者导体性质。因此,透明氧化物电子材料可用于多种器件,特别是作为半导体沟道和透明导电电极。透明导电氧化物更早成为了研究热点,并已在商业化应用中广泛使用,透明氧化物作为新一代半导体也被广泛研究,现在透明氧化物半导体薄膜晶体管已经可以实用化。在较低的温度和大气环境中,通过溶液法制备的透明氧化物,表现出了较好的电子特性,因此成为了印刷电子中重要的领域。简要地介绍了透明导电氧化物和透明氧化物半导体晶体管的发展历程,并概述了溶液法制备透明氧化物晶体管方面所做的研究及取得的最新进展。并指出,现今采用的溶液法制备工艺所存在的问题,特别是工艺温度偏高,应进一步深入研究,使在低温工艺下制备高性能透明氧化物晶体管工艺走向成熟,才能进入工业化生产。