半导体碳纳米管选择性分离及印刷薄膜晶体管器件构建

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印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术,它的特点在于可实现低成本、大面积构建柔性化电子器件。印刷薄膜晶体管器件是印刷电路的核心元件,其性能直接影响了印刷电子产品的质量。在很大程度上,半导体材料的固有性质决定了印刷薄膜晶体管器件的性能。与其他半导体材料相比,半导体碳纳米管不仅尺寸小、电学性能优异、物理和化学性质稳定、易实现溶液化,是构建高性能可印刷薄膜晶体管器件最理想的半导体材料之一。商业化生产的单壁碳纳米管材料都是金属性碳纳米管和半导体性碳纳米管的混合物。如何快速、大规模从商业化生产的碳纳米管中分离出高质量的(大管径)半导体碳纳米管成为这个领域最关键的问题之一。  本论文采用化学方法和聚合物包覆方法从商业化碳纳米管如HiPco、CG200、CoMoCAT76、CoMoCAT65和大管径碳纳米管Arc Discharge中分离半导体碳纳米管。在超声辅助下,通过调整表活剂种类、浓度以及反应物与碳纳米管之间的比例等,得到了高性能的半导体碳纳米管墨水。利用制得的半导体碳纳米管墨水,通过浸涂、滴涂和喷墨打印方式构建底栅薄膜晶体管器件,并通过合适的后处理如退火和PDMS处理等,能够使器件的性能得到进一步提高如器件迁移率可以达到34.1 cm2V-1s-1,开关比达到107。此外通过多种印刷方法在玻璃基体上构建出性能优越的反相器,如反相器的增益可以达到112,在10Hz下可以达到较好的反相效果,并且具有较好的稳定性,在空气中保存三个月后依然具有较好的反相性能。  随着分离工艺的优化、印刷技术的不断发展,印刷碳纳米管薄膜晶体管器件性能在不断提高,并正在朝集成化、柔性化、高速(高频)方向蓬勃发展,有望在印刷电路、液晶显示、OLED发光等领域得到广泛应用。
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