基于自掺杂效应的聚合物场效应晶体管电荷输运研究.pdf

摘要

基于共轭聚合物的有机场效应晶体管（OrganicFieldEffectTransistor，OFET）由于其在

大面积柔性衬底电子电路应用中的巨大潜力而受到业界的广泛关注。因为OFETs的性能很大

程度上取决于电荷的输运能力，所以对电荷输运的研究是器件性能提高中不可缺少的一环。

尽管在过去的几十年中，OFETs的性能得到了极大的改善，但是受界面、电介质和半导体薄

膜中微观结构等因素的影响，人们对OFETs中载流子输运的理解仍然十分有限。其中在有机

半导体/介电层界面处形成的偶极子若有序排列会使器件产生自掺杂效应，并在一定程度上影

响器件的输运类型，使得OFETs由双极型输运转变为单极型输运。而单极型输运可以使得

OFETs更好地应用于互补电路，因此对自掺杂效应的探究显得尤为重要。由于自掺杂效应与

介电层的退火温度和是否与有机半导体层直接接触有关，于是本文展开了如下研究：

（1）以DPPT-TT为有机半导体层，氟化聚合物CYTOP为介电层制备顶栅底接触的OFET。

通过改变有机半导体层的退火温度，并分析半导体层不同退火温度下器件性能的变化，结果

表明长时间高温退火将会增加有机半导体层的体缺陷、内部无序以及界面粗糙度等。因此最

后确定DPPT-TT退火温度为150℃，退火时间为1h时，在该退火温度下半导体层所受影响

较小，进而为下一步探究介电层退火温度变化对器件性能的影响奠定基础。

（2）以DPPT-TT为有机半导体层，氟化聚合物CYTOP为介电层制备顶栅底接触的OFET。

通过改变介电层退火温度，分析介电层不同退火温度下器件性能的变化，进而确定当介电层

退火温度为100℃时器件的自掺杂效应最明显。

（3）以DPPT-TT为有机半导体层，PMMA和CYTOP为介电层分别制备了单层PMMA、

单层CYTOP和双层（PMMA+CYTOP）顶栅底接触OFET。并对不同介电层器件的电学特性

和参数进行对比分析，进而证明利用氟化聚合物为电介质的器件需要直接或间接与半导体层

接触才能产生自掺杂效应。

关键词:电荷输运，有机场效应晶体管，电介质，掺杂

Abstract

Theorganicfield-effecttransistor(OFET)basedonconjugatedpolymerhasattractedextensive

attentionduetoitsgreatpotentialintheapplicationoflarge-areaflexibleelectronics.Sincethe

performanceofOFETslargelydependsonthechargetransport,theexplorationofchargetransportis

anindispensablepartofdeviceperformanceimprovement.Thewell-aligneddipolemomentsatthe

dielectric-semiconductorinterfacemodulatethechargetransportfromambipolartounipolarin

OFETs,whichiscalledspontaneousPdoping.TheunipolartransportcanmakeOFETsmoresuitable

forcomplementarycircuits,soitisparticularlyimportanttostudyspontaneousdoping.Sincethe

spontaneousdopingisrelatedtotheannealingtemperatureofthedielectriclayerandwhetherithas

directcontactwiththeorganicsemiconductorlayer,detailedstudiesarecarrie