第1章緒論1.1引言自20世紀(jì)以來，人類在電子領(lǐng)域取得了許多驚人的成就，深刻的改變了科技的發(fā)展，給人類社會(huì)帶來了巨大的影響，為集成電路和電子信息領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。晶體管便是其中最重要的發(fā)明之一，在電子學(xué)發(fā)展過程中有三類重要的電子器件：真空管、雙極結(jié)型晶體管（BJT）和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）[1]，其發(fā)展主要是由降低功耗、提升性能的需求驅(qū)動(dòng)的。其中，F(xiàn)ET具有輸入阻抗高、噪聲小、穩(wěn)定性高、功耗低、沒有二次擊穿現(xiàn)象以及安全工作區(qū)域?qū)?、易?shí)現(xiàn)微型化等優(yōu)點(diǎn)[2,3]。目前，電子信息行業(yè)中最基礎(chǔ)、最重要、應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體元件——MOSFET是依托于硅鍺材料、微晶硅或者以硅為基底異質(zhì)外延其他化合物半導(dǎo)體材料的無機(jī)半導(dǎo)體材料[2,4]為基礎(chǔ)制造的，MOSFET不僅具有FET的優(yōu)點(diǎn)，還具有操作速度快、工藝已經(jīng)非常成熟、便于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)階段的微電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如數(shù)字邏輯電路、微處理器、存儲(chǔ)芯片、高頻開關(guān)電源、平面顯示器件等。然而，隨著科技發(fā)展，在集成電路產(chǎn)品對(duì)于更高速度、集成密度和能效以及降低成本、節(jié)能[1,2]的需求下，MOSFET柵極長度不斷減小。受量子隧穿效應(yīng)的限制[5]，硅基FET幾乎達(dá)到自然理論極限[2]，且尺寸的持續(xù)縮小也帶來了許多挑戰(zhàn)，例如：柵極效率下降；寄生電阻和電容的增加降低了尺寸減小的優(yōu)勢(shì)；漏電流的增加影響了MOSFET低功耗的優(yōu)點(diǎn)；溝道和電介質(zhì)厚度、溝道長度、摻雜劑密度、柵極材料粒度等方面變化的可變性問題；垂直和橫向電場(chǎng)變強(qiáng)降低了器件的可靠性[1]。此外，MOSFET中所使用的無機(jī)半導(dǎo)體材料本身也不利于器件的發(fā)展，其器件制造成本昂貴、制備工藝復(fù)雜、需要高溫工藝及硬性襯底材料，并且難以實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)[2,3]。以上這些問題的存在都驅(qū)使人們尋找新的半導(dǎo)體材料以滿足不斷提高的需求。有機(jī)半導(dǎo)體材料最早于20世紀(jì)70年代被首次發(fā)現(xiàn)，因其易獲取、可低溫制備、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注，但直至現(xiàn)在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）的發(fā)展卻仍處于初級(jí)階段，這很大程度上是由于對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料載流子傳輸機(jī)制的理論研究并不完善，傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體的能帶理論對(duì)于有機(jī)物并不適用，因此OFET的載流子遷移率不高，盡管相比于最初的104cm2V1s1已經(jīng)得到了很大程度的提升，達(dá)到了10cm2V1s1[2]，然而與MOSFET的載流子遷移率相比依然很小。此外，在OFET器件商業(yè)應(yīng)用方面的研究也并不完善，生產(chǎn)成本低這一有機(jī)材料的優(yōu)勢(shì)如何在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)、器件的穩(wěn)定性如何提升等問題都限制著OFET商業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展。首先本章將簡(jiǎn)單介紹場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)展歷程，隨后聚焦有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，從優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用、器件結(jié)構(gòu)、工作原理、表征參數(shù)對(duì)其進(jìn)行基本介紹，最后討論有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的材料選擇，包括電極材料、介電層材料和有源層材料。1.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管發(fā)展歷程FET的概念最早于20世紀(jì)20年代被德國科學(xué)家JuliusEdgarLilienfeld提出，即依靠輸入電路的電場(chǎng)效應(yīng)控制載流子運(yùn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度控制電流大小的半導(dǎo)體器件[1,4]，若將源漏電極間的溝道視為一個(gè)極板，將柵極視為另一個(gè)極板，則FET器件可視為一個(gè)電容器，可以通過施加電壓進(jìn)行調(diào)控[2]。貝爾實(shí)驗(yàn)室最先于1948年宣布發(fā)明了點(diǎn)接觸晶體管，隨后又在1951年宣布發(fā)現(xiàn)了雙極結(jié)型晶體管（BJT），來自貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位科學(xué)家——Shockley，Bardeen和Brattain因在晶體管和半導(dǎo)體領(lǐng)域的貢獻(xiàn)而獲得了1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Atalla和Kahng在1955年意外地發(fā)現(xiàn)在Si上生長SiO2的方法，并于20世紀(jì)60年代研制出了第一個(gè)MOSFET。在1962年科學(xué)家Weimer首次用多晶CaS薄膜作為半導(dǎo)體層，制成了薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFT），TFT的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用使得顯示設(shè)備和太陽能電池有了新的突破。1986年，來自日本的Tsumura團(tuán)隊(duì)利用有機(jī)共軛聚合物聚噻吩作為半導(dǎo)體活性層制備出了第一個(gè)有機(jī)薄膜晶體管[2-4]，證明了有機(jī)材料在晶體管中應(yīng)用的可能性。研究人員在1989年和1991年對(duì)齊聚六噻吩的研究進(jìn)一步提高了OFET性能，自1993年后人們逐漸開始探究新的有機(jī)半導(dǎo)體材料、制備方式和性能提升，近年來世界上已經(jīng)有許多實(shí)驗(yàn)室和公司對(duì)OFET進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化[2]。1.3有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管介紹1.3.1有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用有機(jī)半導(dǎo)體材料不僅具有無機(jī)半導(dǎo)體材料所具有的光、電、熱、磁性質(zhì)[4]，而且還具有生產(chǎn)成本低、材料來源廣泛、加工工藝簡(jiǎn)單、可低溫加工、與柔性襯底兼容、可大面積生產(chǎn)[2-4]、性能易于調(diào)制[3,4]等無機(jī)半導(dǎo)體材料不具備的優(yōu)點(diǎn)?；诖耍袡C(jī)半導(dǎo)體器件相比無機(jī)半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本更低，制備方法和工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可大面積、大批量生產(chǎn)[2,3,6]，同時(shí)良好的機(jī)械靈活性、輕重量、低功耗、可調(diào)光電特性[6-8]都使其具有廣闊的應(yīng)用前景。OFET作為有機(jī)電子學(xué)中的重要器件可以應(yīng)用于柔性電子器件，例如柔性顯示器、電子皮膚、可穿戴電子設(shè)備[4,7-13]；環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器，例如氣體傳感器、pH傳感器、熱傳感器等[2-4,6,8,13-15]。在射頻標(biāo)簽[3,4,12,14,15]、大規(guī)模集成電路、互補(bǔ)邏輯電路、有機(jī)激光、平板顯示、全有機(jī)主動(dòng)顯示[2,3,12]等領(lǐng)域也展現(xiàn)出極大應(yīng)用潛力和商業(yè)前景。圖1-1有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的應(yīng)用1.3.2有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件結(jié)構(gòu)OFET屬于三端器件，通常由源極、漏極、柵極三個(gè)電極和襯底、介電層（絕緣層）、有機(jī)半導(dǎo)體層組成，與有機(jī)半導(dǎo)體層接觸的電極為源極和漏極，與絕緣層接觸的為柵極。根據(jù)材料沉積順序和電極之間相對(duì)位置等工藝程序的不同，OFET器件主要可以分為四種類型：底柵-頂接觸（BGTC）、底柵-底接觸（BGBC）、頂柵-底接觸（TGBC）和頂柵-頂接觸（TGTC），如圖1-2所示。不同OFET器件結(jié)構(gòu)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，具體器件結(jié)構(gòu)的選擇還需要考慮材料特性、制作工藝、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀猛镜纫蛩豙4,7]。BGTC結(jié)構(gòu)（圖1-2（a））中柵極位于基底上，絕緣層和有機(jī)半導(dǎo)體層把源漏電極和導(dǎo)電溝道隔開，載流子需要通過半導(dǎo)體層才能注入溝道，這種結(jié)構(gòu)界面處接觸電阻大導(dǎo)致載流子注入效率變低，但電極與半導(dǎo)體層的接觸面積很大，在半導(dǎo)體層厚度非常小時(shí)，載流子遷移率很高。BGBC結(jié)構(gòu)（圖1-2（b））有效避免了電極沉積工藝對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體層的損傷，保證了半導(dǎo)體層的原位生長或制備，有利于提高器件性能且測(cè)試步驟簡(jiǎn)單。然而，有機(jī)材料通常在空氣中不穩(wěn)定，在水、氧等環(huán)境因素作用下，半導(dǎo)體層的電子容易被其捕獲。TGBC和TGTC結(jié)構(gòu)（圖1-2（c）/（d））中有機(jī)半導(dǎo)體層均位于底部，有效的避免了有機(jī)半導(dǎo)體層與空氣接觸對(duì)器件造成的影響，不穩(wěn)定的有機(jī)材料在這種結(jié)構(gòu)中也可以被使用，但是后續(xù)介電層和電極制備工藝容易損傷半導(dǎo)體層，從而使器件性能降低[4,7]。通常，頂接觸（TC）結(jié)構(gòu)OFET性能優(yōu)于底接觸（BC）結(jié)構(gòu)，底柵（BG）結(jié)構(gòu)OFET性能優(yōu)于頂柵（TG）結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵赥C結(jié)構(gòu)中，源漏電極不會(huì)影響有機(jī)半導(dǎo)體層生長，有機(jī)薄膜結(jié)晶度高[3]，單晶可以大面積、有序生長[2]。此外，TC結(jié)構(gòu)中電子注入面積大，接觸電阻小，器件性能更優(yōu)[3]?？紤]到有機(jī)材料穩(wěn)定性差、不耐高溫的特性，在TG工藝中制備電極和絕緣層所使用的方法會(huì)對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體層造成破壞，因此OFET更常使用BG結(jié)構(gòu)[2,3,7]。圖1-2OFET器件結(jié)構(gòu)[4]1.3.3有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理OFET是以積累模式工作[6]的有源器件[3]，其工作基本原理是將柵極視為極板，源漏電極及有機(jī)半導(dǎo)體層之間視為另一個(gè)極板，構(gòu)成一個(gè)電容器，通過施加?xùn)艠O電壓VGS產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)，并在絕緣層-有機(jī)半導(dǎo)體層界面處積累載流子，根據(jù)載流子密度控制溝道電流IDS，從而使OFET器件處于ON或OFF狀態(tài)[2-5]。當(dāng)柵極電壓為零時(shí)（即|VGS|=0V），在有機(jī)半導(dǎo)體層-絕緣層界面處沒有電荷積累[4]，由于半導(dǎo)體的本征電導(dǎo)率低，即使施加源漏電壓VDS也不會(huì)產(chǎn)生源漏電流IDS[3]，此時(shí)IDS最小，即器件處于“關(guān)斷”狀態(tài)[6]。當(dāng)VGS不為0但很小時(shí)，受到雜質(zhì)、缺陷、晶界[2]的影響，大多數(shù)載流子被有機(jī)半導(dǎo)體和溝道內(nèi)的電荷陷阱捕獲，只有很小部分載流子可以到達(dá)界面處，難以形成溝道電流，IDS幾乎為0[2]。當(dāng)柵極電壓增大到閾值電壓時(shí)（VGS=VTH），有機(jī)半導(dǎo)體層-絕緣層界面處電荷陷阱被填充[4]，載流子在界面處積累，形成導(dǎo)電溝道并產(chǎn)生溝道電流，晶體管處于“開啟”狀態(tài)[2-4,6,8]。此時(shí)，若施加VDS，載流子在電壓驅(qū)動(dòng)下從源極流到漏極，形成IDS即開態(tài)電流ION[3,4,6]。在低VDS條件下（VDS<VGS-VTH），IDS隨著VDS的增大而不斷增大，電流-電壓曲線呈線性關(guān)系，OFET工作在線性區(qū)[2-4,6]。IDS計(jì)算公式如下式1-1所示：IDSL為溝道長度、W為溝道寬度、Ci為柵極區(qū)域的介質(zhì)電容、μ為場(chǎng)效應(yīng)遷移率。當(dāng)VDS>VGS-VTH時(shí)，由于夾斷溝道效應(yīng)，導(dǎo)電溝道被完全擠壓，漏極接觸區(qū)域不再產(chǎn)生電荷載流子，形成電阻很大的耗盡區(qū)[3,4,6]，IDS達(dá)到飽和，不再隨VDS變化，OFET器件工作在飽和區(qū)。在飽和區(qū)內(nèi)，IDS計(jì)算公式1-2所示：IDS圖1-3OFET工作原理示意圖[3]1.3.4有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要參數(shù)OFET通過半導(dǎo)體參數(shù)分析儀可以測(cè)試出兩種電流-電壓特性，即輸出曲線和轉(zhuǎn)移曲線。輸出特性曲線是VGS為參變量時(shí)，IDS和VDS變化的函數(shù)關(guān)系曲線，可以展示OFET工作的線性區(qū)和飽和區(qū)；轉(zhuǎn)移特性曲線是在一定的VDS下，IDS與VGS的變化關(guān)系曲線。表征OFET器件的四個(gè)基本性能參數(shù)：載流子遷移率（μ）、閾值電壓（VTH）、電流開關(guān)比（ION/IOFF）和亞閾值斜率（S）均可以通過分析、計(jì)算輸出和轉(zhuǎn)移曲線獲得。①載流子遷移率（μ）：是指載流子在單位電場(chǎng)作用下的平均漂移速度，單位為cm2V1s1，反應(yīng)著半導(dǎo)體中的載流子在不同電場(chǎng)下的遷移能力，決定著器件的開關(guān)速率。載流子遷移率μ會(huì)受到器件儲(chǔ)存環(huán)境、界面接觸電阻等影響[4]。目前，好的有機(jī)材料的遷移率已經(jīng)可以達(dá)到非晶硅的水平，約為1-10cm2V1s1[17]。線性區(qū)載流子遷移率計(jì)算公式如下：μ=L飽和區(qū)載流子遷移率公式如下：μ=2L即飽和區(qū)μ可由典型的輸出特性曲線IDS1/2-VGS曲線的斜率代入公式1-4中得到。②閾值電壓（VTH）：是指使場(chǎng)效應(yīng)晶體管中導(dǎo)電溝道開啟所必需的最小柵源電壓，VTH反映了絕緣層-有機(jī)半導(dǎo)體層界面處缺陷態(tài)、接觸質(zhì)量等，在制備器件時(shí)應(yīng)盡量降低VTH。VTH可以利用飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線IDS1/2-VGS進(jìn)行線性擬合，曲線斜率延長線與VGS軸的交點(diǎn)即為閾值電壓。③電流開關(guān)比（ION/IOFF）：是指在VDS一定時(shí)，器件工作在飽和區(qū)時(shí)的源漏電流（開態(tài)ION）與VGS為零時(shí)的源漏電流（關(guān)態(tài)IOFF）的比值，即ION/IOFF。開關(guān)比取決于載流子遷移率、柵極電壓、電荷密度、缺陷態(tài)密度、半導(dǎo)體層厚度等因素，可以通過改變材料、半導(dǎo)體層和柵極圖案化等調(diào)節(jié)。開關(guān)比反應(yīng)著器件對(duì)電流的調(diào)制能力和器件效率的高低，高開關(guān)比意味著關(guān)態(tài)電流低，有利于在器件非活性狀態(tài)下消除漏電?？梢酝ㄟ^對(duì)轉(zhuǎn)移曲線中IDS的計(jì)算獲得。④亞閾值斜率（S）：是衡量器件從關(guān)態(tài)到開態(tài)電流變化速度的量，即在VDS固定時(shí)，IDS隨VGS增加而增加的速度，用dVGS/d(1og10IDS)來表述，單位V/decade。S值越小，場(chǎng)效應(yīng)晶體管從關(guān)態(tài)切換到開態(tài)響應(yīng)速度越快，所需的電壓變化程度越小。在薄膜晶體管中，S主要由絕緣層-半導(dǎo)體界面接觸質(zhì)量所決定，因此可以通過界面修飾減小S值。綜上，良好的OFET器件需要高載流子遷移率、低而穩(wěn)定的工作電壓、高電流開關(guān)比、低亞閾值斜率和小的漏電流。1.4有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的材料材料選擇對(duì)于OFET器件性能有著重要影響，以下將主要從電極材料、介電層材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料三種類型進(jìn)行論述。1.4.1電極材料電極材料的主要功能是載流子能夠從電極注入半導(dǎo)體層，即電子向半導(dǎo)體層最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）能級(jí)或空穴向半導(dǎo)體層最高占據(jù)分子軌道（HOMO）能級(jí)的注入。在注入時(shí)，電子（空穴）必須克服陰極功函數(shù)與半導(dǎo)體層LUMO能級(jí)（陽極功函數(shù)與半導(dǎo)體層HOMO能級(jí)）之間的勢(shì)壘[2,4]。當(dāng)金屬功函數(shù)與p型半導(dǎo)體HOMO能級(jí)或n型半導(dǎo)體LUMO能級(jí)接近時(shí)，勢(shì)壘很小，載流子能有效注入[2,3]。因此，電極材料需要在與半導(dǎo)體材料良好接觸的基礎(chǔ)上與半導(dǎo)體材料有良好的能級(jí)匹配。因此，p型半導(dǎo)體器件中一般選擇利于空穴注入的高功函數(shù)金屬，例如：鉑（Pt）、金（Au）、銀（Ag）、氧化銦錫（ITO）、鉻（Cr）等；n型半導(dǎo)體器件中一般選擇利于電子注入的低功函數(shù)金屬，例如：鋁（Al）、鈣（Ca）、鎳（Ni）等。在柔性電子器件中，電極材料還可以使用溶液法制備、成本低、透明度高、柔韌性好的導(dǎo)電聚合物，如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）；電學(xué)、力學(xué)性能優(yōu)異的一維納米材料和二維石墨烯材料，如碳納米管和銀納米線[7,13]。但PEDOT:PSS自身結(jié)晶性好，聚合物之間很難拉伸，還需要摻雜來進(jìn)行性能優(yōu)化[11,13]；一維納米材料會(huì)導(dǎo)致薄膜粗糙度上升，影響電極導(dǎo)通[13]。1.4.2介電層材料由于載流子傳輸主要受絕緣層-半導(dǎo)體層處界面性質(zhì)的影響，因此絕緣層的選擇對(duì)于載流子傳輸速率、器件性能、簡(jiǎn)化制備工藝、降低成本[3]都至關(guān)重要。OFET器件絕緣層材料需要有良好的介電功能，理想的介電材料應(yīng)具備以下特點(diǎn)：低表面粗糙度，與半導(dǎo)體層之間形成光滑接觸，有效提高載流子遷移率；電阻系數(shù)大且柔韌性好，在拉伸或機(jī)械形變時(shí)仍能保持良好絕緣性，降低漏電流[3,13]；高介電常數(shù)，在界面處積累更多載流子實(shí)現(xiàn)低壓操作[3]；制備工藝與傳統(tǒng)兼容[1]。目前常見的絕緣材料為無機(jī)絕緣材料（例如SiO2、Al2O3、ZrO2、Ta2O5等）和有機(jī)聚合物絕緣材料（聚酰亞胺PI、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚四氟乙烯PTFE、聚乙烯吡咯烷酮PVP、苯并環(huán)丁烯BcB、聚乙烯醇PVA、Parylene[16]等）[2-4]。無機(jī)絕緣材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐高溫、不易擊穿，但無機(jī)材料非柔性，難以在大面積柔性顯示和大規(guī)模集成電路中產(chǎn)業(yè)化。有機(jī)絕緣材料能和柔性基底兼容、使用低溫溶液法、生產(chǎn)成本低、可以大面積制備，有很大可能替代無機(jī)絕緣材料[2,3]。1.4.3有機(jī)半導(dǎo)體材料有機(jī)半導(dǎo)體材料是OFET器件的關(guān)鍵，對(duì)器件的輸出特性有較大影響。通常需要高拉伸性[13]、高遷移率、低本征電導(dǎo)率、穩(wěn)定的電化學(xué)特性[2,3,13]，從而有利于載流子的注入，提高器件開關(guān)速度和電流開關(guān)比，降低器件的漏電流，增加器件的可靠性。有機(jī)半導(dǎo)體材料按化學(xué)性質(zhì)可以分為三類：小分子、聚合物[2,3]和有機(jī)給受體復(fù)合物[4]。有機(jī)小分子材料（如C60、碳稠環(huán)類小分子、噻吩類小分子及其衍生物、呋喃類小分子及其衍生物[4]等）具有明確的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，容易獲得高純度、低缺陷單晶，因此這類材料載流子遷移率高、晶格缺陷少[2,4]，但低溶解度帶來的高成本工藝和穩(wěn)定性低的問題仍需得到解決[2]。聚合物材料制備工藝簡(jiǎn)單、成本低且具有優(yōu)良的改性能力，在可穿戴設(shè)備中有廣闊的前景[2,4]。按載流子類型可以將材料分為n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體，n型半導(dǎo)體的主要載流子是電子，p型半導(dǎo)體的主要載流子是空穴。n型半導(dǎo)體材料非常不穩(wěn)定，對(duì)空氣中的水、氧非常敏感且材料種類少，相比之下p型半導(dǎo)體材料選擇更多，載流子遷移率高，因此目前對(duì)于p型半導(dǎo)體器件的研究和報(bào)道更多[2,3,6]。1.5本論文的選題思路和主要研究?jī)?nèi)容本文以有機(jī)單晶薄膜和OFET器件為研究對(duì)象，通過對(duì)上述OFET基本知識(shí)和發(fā)展現(xiàn)狀的了解，針對(duì)有源區(qū)材料選擇、制備方法以及OFET器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行探究，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研，選取高遷移率p型有機(jī)小分子半導(dǎo)體材料為有源區(qū)制備材料，并不斷改進(jìn)、優(yōu)化OFET器件結(jié)構(gòu)以探究其OFET器件性能的影響。主要研究工作如下：使用高溶解度p型半導(dǎo)體材料，噻吩類小分子2,7-二辛基[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩（C8-BTBT）作為溶液法制備有機(jī)半導(dǎo)體層的原料，擬克服小分子有機(jī)材料溶解度低的問題，利用刮涂法在室溫下制備厚度可控的有機(jī)單晶薄膜，并在偏光顯微鏡下觀察薄膜的生長質(zhì)量。采用頂柵-底接觸結(jié)構(gòu)構(gòu)筑OFET器件，用Si作為柵極或Au做獨(dú)立柵極材料，Ag做源、漏電極材料。絕緣層材料使用晶圓級(jí)硅片自帶的300nmSiO2或Parylene薄膜涂層，為提高有源層-絕緣層界面的接觸質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)比了不同材料做絕緣層以及PVCn修飾前后的器件性能。

第2章刮涂法制備有機(jī)單晶薄膜及其在OFET上的研究2.1引言自20世紀(jì)70年代以來，有機(jī)半導(dǎo)體材料不斷發(fā)展，其中有機(jī)小分子半導(dǎo)體材料因其明確的化學(xué)結(jié)構(gòu)、高載流子遷移率、性能可控、可應(yīng)用于柔性器件[18,20]等方面受到廣泛關(guān)注。然而有機(jī)小分子半導(dǎo)體材料生長隨機(jī)，難以大面積制備、分子間作用力弱，易被破壞、溶解度低、穩(wěn)定性差等問題促使研究人員尋找新的小分子材料和生長方法，從而更好的發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)。C8-BTBT材料具有高溶解度、空氣穩(wěn)定性高、載流子遷移率和電荷傳輸速度高、形貌可控，因而被廣泛用于有機(jī)電子領(lǐng)域，尤其是OFET中。2014年，鮑哲南團(tuán)隊(duì)[12]報(bào)道了一種偏心旋涂C8-BTBT和聚苯乙烯（PS）的混合溶液生長C8-BTBT有機(jī)單晶薄膜的方法，該器件使用ITO透明基底/交聯(lián)聚4-乙烯基苯酚（PVP）/C8-BTBT/Ag構(gòu)筑底柵頂接觸結(jié)構(gòu)，獲得平均飽和區(qū)空穴遷移率為25cm2V1s1，最高飽和區(qū)空穴遷移率為43cm2V1s1的OFET器件。鮑哲南等人認(rèn)為，能夠獲得如此優(yōu)異的性能是因?yàn)椋旱谝?，聚合物PS能夠通過提高溶液粘度而提高C8-BTBT的成膜性[20]；第二，在旋涂過程中，C8-BTBT與PS發(fā)生相分離，PS表面缺陷密度低，具有表面鈍化效果可以改善C8-BTBT的連續(xù)性，從而提高器件性能[12,20]。但偏心旋涂法會(huì)導(dǎo)致薄膜厚度不均，晶體取向雜亂的問題。有機(jī)單晶薄膜可以采用自組裝法、旋涂法、提拉法、刮涂法、噴墨打印法[20,21]等方法控制制備。旋涂法的操作簡(jiǎn)單，是最常見的制備方法，但旋涂法得到的大多是非晶或多晶薄膜[20]，這種薄膜晶界多、載流子遷移率低、質(zhì)量較差，不利于OFET器件性能的提升。鮑哲南團(tuán)隊(duì)在2008年[9]提出使用溶液剪切法制備C8-BTBT單晶薄膜，將小體積溶液加在兩塊Si基底之間，通過控制基底速度可以誘導(dǎo)晶體有序生長，通過控制兩塊基底之間的距離可以生長不同厚度的單晶，盡管該實(shí)驗(yàn)獲得的器件載流子遷移仍在102-103數(shù)量級(jí)，但為刮涂法制備有機(jī)單晶薄膜提供了理論依據(jù)。2011年，Soeda等人[23]使用溶液揮發(fā)自組裝法制備出載流子遷移率在3.5-6cm2V1s1的OFET器件。綜上，本實(shí)驗(yàn)通過文獻(xiàn)調(diào)研擬采用高溶解度噻吩類材料2,7-二辛基[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩（C8-BTBT）[9,12,17-19]作為有機(jī)半導(dǎo)體層原料，在室溫條件下（25°C）使用刮涂法制備C8-BTBT有機(jī)單晶薄膜，使用高導(dǎo)電率、高功函數(shù)金屬Au作為柵極，具有良好絕緣性、柔性的parylene膜做絕緣層。此外，不斷改進(jìn)OFET器件構(gòu)筑方式，將Si做柵極改進(jìn)為獨(dú)立柵極、修飾缺陷較多的絕緣層等方式，研究不同OFET器件構(gòu)筑結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響。2.2實(shí)驗(yàn)部分2.2.1材料、化學(xué)試劑與儀器材料：表2-1實(shí)驗(yàn)材料材料名稱分子量生產(chǎn)廠商用途結(jié)構(gòu)式2,7-二辛基[1]苯并噻吩[3,2-b][1]苯并噻吩（C8-BTBT）465Luminescen-ceTechnologyCorp.有機(jī)半導(dǎo)體層聚苯乙烯（Polystyrene,PS）2,000,000Sigma.Aldrich.優(yōu)化C8-BTBT性能聚乙烯醇肉桂酸酯（polyvinylcinnamate,PVCn）40,000Sigma.Aldrich.絕緣層修飾聚對(duì)二氯甲苯（dichloro-p-cyclophane,Parylene-C）277GalentisS.r.l.絕緣層重?fù)诫sSi/SiO2/日本SuMCOCom.基底（注：SiO2沉積層厚度300nm）/化學(xué)試劑及其配制：無水乙醇、甲苯、氯苯均為分析純標(biāo)準(zhǔn)，購買于國藥化學(xué)試劑公司，未經(jīng)過后續(xù)處理。有機(jī)半導(dǎo)體溶液使用C8-BTBT（2.5mgmL1）與聚苯乙烯（5mgmL1）混合，并溶于甲苯中；修飾層PVCn溶液使用PVCn粉末溶于氯苯，配制比例為1:3。儀器：超聲波清洗機(jī)（GTSONIC-D13）、有機(jī)-金屬真空熱蒸鍍及手套箱（SG3600/750TS）、磁力攪拌器（C-MAGHS73581225）、正交偏振光學(xué)顯微鏡（CPOM,Olympus,BX51）、分析天平（ME104120G/0.1MG）、半導(dǎo)體參數(shù)分析儀（4200A-SCS）、氦氣閉循環(huán)探針臺(tái)（CRX-4K/CRTTP6）、多波段LED光源系統(tǒng)（CEL-LEDS354）、Parylene鍍膜設(shè)備（KR350HS）。2.2.2硅片的清洗與修飾使用4英寸的晶圓級(jí)硅片切割成尺寸為2×2cm2的若干硅片作為基底。首先將其置于裝有濃度為98％的硫酸溶液的燒杯中，加熱至900°C浸泡3h以除去表面有機(jī)雜質(zhì)；隨后依次分別使用丙酮、水、酒精進(jìn)行超聲清洗處理15min，用N2吹干表面。由于絕緣層表面不平整，可能存在缺陷，使用PVCn作為修飾層進(jìn)行處理，使用旋涂法將硅基底上均勻覆蓋PVCn溶液，放置磁力攪拌器（可加熱）上100°C前烘1h，隨后置于紫外燈下光照1h，再置于磁力攪拌器上100°C后烘1h，完成絕緣層修飾。2.2.3電極材料蒸鍍及處理柵極材料為Au，源極和漏極材料為Ag。將硅基底上固定好柵極金屬掩膜版后，置于有機(jī)-金屬真空熱蒸鍍及手套箱中，蒸鍍獨(dú)立柵極Au，蒸鍍厚度為50nm，蒸鍍速率為0.02nms1。將已經(jīng)制備完絕緣層、修飾層，生長好C8-BTBT晶體的基底用探針在顯微鏡下將Au柵極周圍晶體劃開，隨后將基底上固定好源極/漏極金屬掩膜板后，置于有機(jī)-金屬真空熱蒸鍍及手套箱中，蒸鍍?cè)礃O和漏極Ag，蒸鍍厚度為50nm，蒸鍍速率為0.02nms1，蒸鍍完成后再將Au柵上的晶體使用探針劃開，防止周圍晶體對(duì)源漏電極之間的串?dāng)_。2.2.4有機(jī)單晶薄膜制備在未經(jīng)過PVCn修飾或經(jīng)過PVCn修飾的絕緣層上，通過刮涂法生長高結(jié)晶質(zhì)量的C8-BTBT晶態(tài)薄膜。將基底放在刮涂機(jī)的刮刀與基板之間，基底溫度為25°C（若環(huán)境溫度達(dá)不到25°C，可將基底置于加熱臺(tái)上進(jìn)行加熱），調(diào)整刮刀角度使其與基底之間可以剛好通過一張無塵紙，縫隙間距約為0.1mm，使用移液槍在基底與刮刀的邊緣縫隙處滴加4μL的C8-BTBT:PS甲苯溶液，通過毛細(xì)作用溶液可充滿刮刀與基底縫隙。刮刀以200μms1的速度勻速運(yùn)動(dòng)，溶液隨刮刀運(yùn)動(dòng)并結(jié)晶，形成大面積高結(jié)晶質(zhì)量的有機(jī)半導(dǎo)體單晶薄膜。制備好后的薄膜置于正交偏振光學(xué)顯微鏡下觀察其晶體取向和成膜質(zhì)量。2.2.5OFET器件構(gòu)筑和測(cè)試OFET器件采取三種構(gòu)筑方式。①使用Si作為基底及柵極，硅晶圓上自帶的SiO2作為絕緣層，在SiO2上直接刮涂C8-BTBT作為有機(jī)半導(dǎo)體層，隨后蒸鍍?cè)礃O和漏極。②在第一種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上使用PVCn修飾絕緣層SiO2，隨后再刮涂C8-BTBT。①和②測(cè)試時(shí)將基底一角用硅刀劃開，露出柵極Si。將器件置于氦氣閉循環(huán)探針臺(tái)中，真空吸附固定，將柵極探針固定扎在Si上，每次只需要移動(dòng)源極和漏極探針，使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進(jìn)行轉(zhuǎn)移曲線測(cè)試。③將硅晶圓只作為基底，SiO2上蒸鍍獨(dú)立柵極Au，隨后蒸膜Parylene作為器件絕緣層，Parylene蒸鍍厚度2μm，使用Parylene鍍膜設(shè)備程序三（溫度130°C，時(shí)間10min，壓力3Pa；溫度140°C，時(shí)間20min，壓力3Pa；溫度150°C，時(shí)間20min，壓力4Pa；溫度160°C，時(shí)間40min，壓力4Pa；溫度180°C，時(shí)間30min，壓力4Pa）。使用PVCn修飾Parylene絕緣層后刮涂C8-BTBT，再蒸鍍Ag作為源漏電極。測(cè)試時(shí)將將器件置于氦氣閉循環(huán)探針臺(tái)中，真空吸附固定，將柵極探針扎在未被Parylene、PVCn和C8-BTBT覆蓋的位置，每次需要移動(dòng)三根探針對(duì)應(yīng)不同的源極、漏極和柵極，用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進(jìn)行轉(zhuǎn)移曲線測(cè)試。2.3結(jié)果分析與討論2.3.1有機(jī)單晶薄膜質(zhì)量分析將刮涂后的C8-BTBT薄膜置于正交偏振光學(xué)顯微鏡（CPOM,Olympus,BX51）物鏡下觀察，打開顯微鏡開關(guān)使起偏器和檢偏器呈90°垂直相交，得到偏光最亮的晶態(tài)薄膜，旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)觀察不同偏光下的晶體形貌。呈現(xiàn)不同顏色與亮度的C8-BTBT晶體代表著晶體取向不同，相反，若觀察到顏色相同、均一的晶體則說明薄膜中的晶體取向一致。圖2-1為CPOM低倍鏡下對(duì)薄膜進(jìn)行的取向表征，在操作時(shí)將基底進(jìn)行0°至360°旋轉(zhuǎn)，每次約間隔45°對(duì)薄膜中晶體取向進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)C8-BTBT晶體的顏色與亮度呈周期性變化。如圖所示，圖中C8-BTBT晶體薄膜顏色均一，說明此處薄膜中晶體取向一致，同一晶體取向的薄膜呈現(xiàn)矩形，寬度最寬可達(dá)到3,342.10μm。圖2-1C8-BTBT有機(jī)單晶薄膜正交偏振光學(xué)顯微鏡圖OFET器件制備完成后，再次使用CPOM觀察可以對(duì)源、漏、柵極附近晶體生長質(zhì)量進(jìn)行觀察，如圖2-2所示?？梢杂^察到左側(cè)圖中柵極附近的顏色均勻、晶體取向均一；而右側(cè)的導(dǎo)電溝道（源極與漏極在柵極之間的部分）處晶體取向雜亂，呈現(xiàn)條帶狀，同一晶體取向的薄膜最寬僅有1,489.54μm，并且器件上雜質(zhì)較多。理論上器件性能可以從薄膜生長質(zhì)量和薄膜厚度兩個(gè)方面進(jìn)行提升，若導(dǎo)電溝道處晶體在同一塊晶籌上，可以有效避免因晶體取向不同而造成的串?dāng)_；由于BGTC結(jié)構(gòu)中電極與半導(dǎo)體層的接觸面積很大，若有機(jī)半導(dǎo)體薄膜厚度小、缺陷較少，那么器件的載流子遷移率會(huì)得到提高。圖2-2獨(dú)立柵極Au（左）與源、漏、柵極及導(dǎo)電溝道（右）示意圖2.3.2OFET器件性能分析OFET的器件構(gòu)筑結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，通過對(duì)三種器件結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移曲線的分析和計(jì)算，可以得到載流子遷移率（μ）、閾值電壓（VTH）、電流開關(guān)比（ION/IOFF）和亞閾值斜率（S）四個(gè)表征參數(shù)，如圖2-和表2-2所示。圖2-3OFET器件構(gòu)筑結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示，本實(shí)驗(yàn)所采用的OFET器件結(jié)構(gòu)均為BGTC結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)（a）使用Si作柵極，SiO2作絕緣層，在絕緣層上直接刮涂C8-BTBT，隨后蒸鍍Ag作為源、漏電極；結(jié)構(gòu)（b）在（a）的基礎(chǔ)上使用PVCn修飾絕緣層，通過對(duì)轉(zhuǎn)移曲線的分析可以判斷其是否能提高絕緣層-有源層的接觸質(zhì)量；結(jié)構(gòu)（c）首先制備了獨(dú)立柵極Au，并采用parylene鍍膜作為器件絕緣層，三種結(jié)構(gòu)之間可以形成對(duì)比，觀察不同結(jié)構(gòu)對(duì)OFET器件性能的影響。由圖2-4左側(cè)的IDS-VGS函數(shù)圖及右側(cè)轉(zhuǎn)移曲線可以對(duì)OFET器件性能進(jìn)行定性分析。對(duì)比VGS圖可知，（a）和（b）器件結(jié)構(gòu)下制備的不同器件之間的曲線高度重合，OFET器件的器件良率高；關(guān)態(tài)電流波動(dòng)幅度小，關(guān)態(tài)電流大小在1012-1013數(shù)量級(jí)，而VGS=-35V時(shí)的開態(tài)電流基本大于105數(shù)量級(jí)，因此電流開關(guān)比ION與IOFF相差約8個(gè)數(shù)量級(jí)。相比之下，（c）器件結(jié)構(gòu)OFET器件性能較差且不穩(wěn)定，關(guān)態(tài)電流波動(dòng)幅度較大，關(guān)態(tài)電流大小在1011數(shù)量級(jí)，但VGS=-35V時(shí)的開態(tài)電流全部低于105數(shù)量級(jí)，可能是由于在制備器件的過程中Parylene絕緣層未達(dá)到最佳厚度，導(dǎo)致漏電流較大；且器件的制備工藝較前兩種更復(fù)雜，不確定性因素增加。圖2-4OFET器件IDS-VGS圖（左）和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)移曲線（右）對(duì)圖2-4中轉(zhuǎn)移曲線進(jìn)行分析、計(jì)算后，可以得到表2-2中的四個(gè)OFET器件性能表征基本參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中溝道寬度W為150nm，溝道長度L為50nm，SiO2的介質(zhì)電容Ci為10nf/cm2，parylene鍍膜的介質(zhì)電容Ci為4nf/cm2。飽和區(qū)載流子遷移率可帶入公式1-4進(jìn)行計(jì)算；對(duì)飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線IDS1/2-VGS進(jìn)行線性擬合，曲線斜率延長線與VGS軸的交點(diǎn)為閾值電壓；電流開關(guān)比即VGS=0V和VGS=-35V時(shí)的電流之比；亞閾值斜率為轉(zhuǎn)移曲線IDS-VGS線性區(qū)的斜率。表2-2三種OFET器件結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)器件結(jié)構(gòu)載流子遷移率μ（cm2V1s1）閾值電壓VTH（V）電流開關(guān)比ION/IOFF亞閾值斜率S（V/decade）（a）1.43-2.841.45×109-3.36（b）1.85-2.424.26×109-5.34（c）6.92-3.487.64×105-1.73分析表2-2可知，經(jīng)過PVCn修飾后的（b）器件結(jié)構(gòu)的電流開關(guān)比最高且閾值電壓最小，VTH小反映了絕緣層-有機(jī)半導(dǎo)體層界面處缺陷態(tài)少、接觸質(zhì)量高，說明PVCn對(duì)于絕緣層具有修飾作用，提高了絕緣層-有機(jī)半導(dǎo)體層的接觸質(zhì)量；高開關(guān)比則意味著關(guān)態(tài)電流低，器件對(duì)電流的調(diào)制能力和器件效率高，有利于在器件非活性狀態(tài)下消除漏電。（c）器件結(jié)構(gòu)的OFET載流子遷移率最高，說明（c）結(jié)構(gòu)OFET器件載流子在不同電場(chǎng)下的遷移速度更快，而高載流子遷移率決定著器件的開關(guān)速率，（c）結(jié)構(gòu)的亞閾值斜率（反映場(chǎng)效應(yīng)晶體管從關(guān)態(tài)切換到開態(tài)響應(yīng)速度）最小同樣也說明（c）器件開關(guān)速率更快。此結(jié)構(gòu)的VTH變大可能是由于該器件溝道處晶體生長取向不同、生長質(zhì)量低、缺陷多等因素影響；電流開關(guān)比的下降可能是由于Parylene厚度不足而導(dǎo)致絕緣性能變差，漏電流上升。2.4本章小結(jié)綜上所述，本章提出了一種可行的方法，實(shí)現(xiàn)晶體取向一致、結(jié)晶度高的C8-BTBT有機(jī)單晶薄膜的制備。即使用刮涂法，在室溫25°C條件下，通過控制刮刀與基底高度實(shí)現(xiàn)厚度可控的有機(jī)單晶薄膜生長，通過控制刮刀前進(jìn)速度從而控制晶體的生長速度。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)對(duì)絕緣層材料和OFET器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化和對(duì)比，成功制備出了一批性能穩(wěn)定、具有可重復(fù)性的器件。此外，通過對(duì)器件轉(zhuǎn)移曲線的分析，得到了表征OFET器件性能的四個(gè)基本參數(shù)，對(duì)比了三種器件結(jié)構(gòu)的OFET器件性能，說明了PVCn對(duì)于絕緣層SiO2確實(shí)具有修飾作用，提高了器件的電流開關(guān)比、降低了閾值電壓；使用Parylene作絕緣層相比于SiO2作絕緣層能夠提高器件載流子遷移率和器件開關(guān)速率。本實(shí)驗(yàn)中，OFET器件載流子遷移率最高為6.92cm2V1s1，閾值電壓最小為-2.42V，電流開關(guān)比最大可到達(dá)109數(shù)量級(jí)，亞閾值斜率最小為-1.73V/decade。第3章結(jié)論3.1論文總結(jié)在21世紀(jì)前，對(duì)OFET有機(jī)半導(dǎo)體層材料的研究主要集中在聚合物，但聚合物分子側(cè)鏈相互纏繞降低了載流子遷移率[2]，因此，科研人員不斷尋找新的材料，將研究對(duì)象主要集中于小分子上，例如并五苯類、噻吩類等。有機(jī)小分子材料依靠其明確的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，容易獲得高純度、低缺陷單晶，載流子遷移率高，晶格缺陷少等優(yōu)勢(shì)在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中具有很大的應(yīng)用潛力。本文緒論部分詳細(xì)介紹了關(guān)于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的背景知識(shí)，包括發(fā)展歷程、應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)、器件結(jié)構(gòu)、工作原理、表征參數(shù)等，然后又介紹了與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的材料選擇部分，包括了電極材料、介電層材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)部分。首先，第一部分詳細(xì)介紹了使用具有高溶解度、高載流子遷移率的噻吩類小分子有機(jī)化合物C8-BTBT作為有機(jī)半導(dǎo)體層材料，為提高C8-BTBT的成膜性和連續(xù)性，將其與PS混合并溶于甲苯的溶液法制備有機(jī)半導(dǎo)體材料。接著利用刮涂法在25°C環(huán)境下以200μms1的刮涂速度制備高質(zhì)量有機(jī)單晶薄膜，得到的薄膜能夠覆蓋整個(gè)基底，晶體取向較為一致，同一晶體取向的最大寬度為3,342.10μm。其次，實(shí)驗(yàn)第二部分介紹了為提高OFET器件性能，以器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化為目的構(gòu)筑了三種結(jié)構(gòu)不同的OFET器件，通過轉(zhuǎn)移曲線計(jì)算后獲得的表征參數(shù)對(duì)比器件結(jié)構(gòu)不同對(duì)器件性能產(chǎn)生的影響。得出了絕緣層修飾能夠降低閾值電壓、提高載流子遷移率和電流開關(guān)比；絕緣層材料對(duì)于載流子遷移率具有較大影響的結(jié)論。獲得了載流子遷移率最高為6.92cm2V1s1的獨(dú)立柵結(jié)構(gòu)器件。本實(shí)驗(yàn)為有機(jī)單晶薄膜在OFET器件中的應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)支撐，為器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也提供了思路。3.2存在問題及研究展望然而，實(shí)驗(yàn)依然存在未解決的問題：第一，根據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)移曲線的定量計(jì)算，證明了PVCn對(duì)SiO2絕緣層有修飾作用，但未驗(yàn)證PVCn是否對(duì)Parylene絕緣層有同樣的修飾作用；第二，（c）結(jié)構(gòu)器件閾值電壓大、電流開關(guān)比低且良率較低的問題仍需解決，初步推斷是由于Parylene絕緣薄膜的厚度不足導(dǎo)致漏電流增加，仍需確定Parylene最佳厚度；第三，刮涂法制備C8-BTBT薄膜對(duì)于環(huán)境溫度要求較高，并且直接刮涂得到的大多是納米帶組成的膜，晶體取向多、晶界影響了載流子輸運(yùn)，難以制備大面積薄膜[20]，需要繼續(xù)查找文獻(xiàn)對(duì)刮涂法進(jìn)行改進(jìn)；第四，目前仍使用的是Si基底，若想應(yīng)用于柔性器件或透明顯示需要更改基底材料，但使用ITO基底制備的器件并沒有測(cè)試到晶體管性能，仍需找出原因。為制備大面積有機(jī)單晶薄膜，仍需對(duì)有機(jī)單晶薄膜的生長方法進(jìn)行改進(jìn)，例如在Zhang等人2019年發(fā)表的成果中提到一種通過使用模板輔助法將介電層的圖案化，隨后使用刮涂法在圖案化的介電層表面生長有機(jī)單晶，實(shí)現(xiàn)了大面積有機(jī)單晶陣列的生長方法[24]。此外，為提高有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的載流子遷移率，對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體材料中載流子傳輸機(jī)制的理論研究也應(yīng)該更加深入?？傊?，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管經(jīng)過了幾十年發(fā)展已經(jīng)取得了一系列研究成果，但是器件性能相比無機(jī)半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的FET仍有較大的差距，因此對(duì)于OFET的研究仍處于初級(jí)階段，在有機(jī)材料的選擇、制備工藝開發(fā)與完善、介電層-有源層接觸面優(yōu)化、器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面有廣闊的發(fā)展空間。有機(jī)半導(dǎo)體材料、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管因其優(yōu)異的性能和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)具有巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景，通過不斷開發(fā)和完善制備技術(shù)、制備工藝不斷成熟，OFET的器件性能一定會(huì)有較大的提升，成為新一代核心電子器件。參考文獻(xiàn)CaoW.,BuH.,VinetM,etal.Thefuturetransistors.Nature,2023,620:501–515.DOI:10.1038/s41586-023-06145-x胡子陽.基于橫向和垂直結(jié)構(gòu)的有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研究[D].天津理工大學(xué),2009.DOI:10.7666/d.y1591633.董京.柔性有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(OFET)器件性能的研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2024.DOI:10.7666/d.Y2295844.楊波.N型小分子半導(dǎo)體材料的設(shè)計(jì)、合成、組裝及其在有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用[D].南京郵電大學(xué),2023.DOI:10.27251/ki.gnjdc.2023.000866.ZhaoY.J.,WangW.,HeZ.H.,etal.High-performanceandmultifunctionalorganicfield-effecttransistors[J].ChineseChemicalLetters,2023,34(09):118-136.RajB.,KaurP.,KumarP.,

etal.

ComparativeAnalysisofOFETsMaterialsandDevicesforSensorApplications.

Silicon,2022,14,4463–4471.DOI:10.1007/s12633-021-01163-8劉浩坤,梁強(qiáng)兵,郝陽,等.新型電極材料在N型OFET中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2022,48(5):12-20.DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.212109.YangJ.,ZhaoZ.Y.,WangS.,GuoY.L.,LiuY.Q.InsightintoHigh-PerformanceConjugatedPolymersforOrganicField-EffectTransistors[J].Chem.,2018,4(12):2748-2785.DOI:10.1016/j.chempr.2018.08.005BecerrilH.A.,RobertsM.E.,LiuZ.H.,etal.High-PerformanceOrganicThin-FilmTransistorsthroughSolution-ShearedDepositionofSmall-MoleculeOrganicSemiconductors[J].Adv.Mater.,2008,20(13):2588-2594.DOI:10.1002/adma.200703120LiuK.,BianY.,KuangJ.,etal.Ultrahigh-performanceoptoelectronicskinbasedonintrinsicallystretchableperovskite-polymerheterojunctiontransistors[J].Adv.Mater.,2022,34(4):2107304.DOI:10.1002/adma.202107304ZhengY.Q.,LiuY.,ZhongD.,etal.Monolithicopticalmicrolithographyofhigh-densityelasticcircuits[J].Science,2021,373(6550):88–94.DOI:10.1126/science.abh3551YuanY.,GiriG.,AyznerA.L.,etal.Ultra-highmobilitytransparentorganicthinfilmtransistorsgrownbyanoff-centrespin-coatingmethod[J].NatureCommunications,2014,5(1):3005.DOI:10.1038/ncomms4005史文康,趙志遠(yuǎn),郭云龍,劉云圻.本征柔性有機(jī)電子器件的研究進(jìn)展[J/OL].科學(xué)通報(bào),2024,1-19.DOI:10.1360/TB-2023-0663MartunezH.J.F.,KatzH.E..Throughthickandthin:tuningthethresholdvoltageinorganicfield-effecttransistors[J].Acc.Chem.Res.,2014,47(4):1369-1377