论文部分内容阅读
和无机半导体相比，有机半导体材料具有质量轻、可溶液加工以及与柔性基底相容性好等优点，因而在大面积或柔性电子器件等方面有着潜在的应用前景。过去几十年间，有机场效应晶体管(OFET)有着显著的发展，但是要代替无机硅材料还要克服很多困难。例如，n型OFET电子迁移率低且在空气中不稳定;双极型OFET的电子和空穴传输不平衡;这些问题毫无疑问会限制OFET的实际应用。为了获得优异的晶体管性能，除了设计合成新颖的半导体分子之外，在待旋涂溶液中加入溶剂添加剂或绝缘聚合物等也是一种可行的方法。本论文主要基于本课题组合成的两种半导体分子:二腈亚甲基封端的醌式小分子和D-A类共轭聚合物，分别探讨了溶剂添加剂和绝缘聚合物材料的加入对它们晶体管性能的影响。主要研究内容可以分为以下几个部分: 1.构筑了基于四种二腈亚甲基封端的醌式小分子化合物w-1-49、w-1-40（TSeT-CN组）和w-1-88、w-1-89（TFT-CN组）的有机场效应晶体管，并在氮气中测试了它们的OFET性能;测试结果表明它们均为n型半导体。利用热退火对器件性能进行优化，四种器件的迁移率均在120℃退火30 min后达到最大值;两组化合物中迁移率较高的是w-1-49和w-1-88，分别为0.17 cm2V-1s-1和0.44 cm2V-1s-1。XRD和计算化学表明两者均以分子骨架长轴倾斜于基底的方式排列。 2.以半导体化合物w-1-49和w-1-40作为研究对象，研究了DMSO的加入对两者晶体管性能的影响。尽管两半导体分子仅仅是取代基位置不同，分子骨架完全相同，但是加入DMSO后却表现出相反的性能变化:化合物w-1-40的迁移率升高，而w-1-49的迁移率显著降低。AFM高度图表明DMSO的加入使得薄膜w-1-40和w-1-49的形貌发生了显著的变化;对于w-1-40，加入DMSO之后，薄膜的粗糙度下降;对于化合物w-1-49，加入DMSO之前薄膜连续性较好，加入DMSO之后，薄膜的连续性下降，表现为贯穿的网络结构。薄膜形貌的改变是两种半导体电子迁移率变化的原因。 3.以D-A类共轭聚合物H-2-3作为研究对象，将其与绝缘材料PMMA按照一定比例混合，构筑了基于H-2-3和H-2-3/PMMA复合薄膜的晶体管器件。两种器件在空气中均表现为p型传输，在氮气中则均为双极型传输;但是没有绝缘体掺杂的器件双极性传输较差，电子迁移率远小于空穴(μh/μe=10);加入PMMA之后空穴和电子迁移率均得到提升且两者的传输更加平衡(μh/μe=2)。实验结果表明两种聚合物没有形成严格的垂直相分离。利用乙醇选择性刻蚀掉PMMA后的AFM高度图表明半导体聚合物在PMMA基质中自组装并形成了相互贯穿的纤维网络结构。PMMA的存在使得半导体聚合物的排列更加有序，因而提高了晶体管的载流子迁移率。