基于有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合柵介電層的有機(jī)薄膜晶體管的制備及性能研究

基于有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合柵介電層的有機(jī)薄膜晶體管的制備及性能研究摘要：本文研究了基于有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合柵介電層的有機(jī)薄膜晶體管的制備及性能。制備過(guò)程中采用了溶液法制備介電層，采用印刷法制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，然后進(jìn)行器件組裝和性能測(cè)試。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜晶體管具有較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和低的次閾值電壓。同時(shí)，通過(guò)FT-IR和XPS表征發(fā)現(xiàn)，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層能夠有效地抑制有機(jī)半導(dǎo)體薄膜與下層極性介電材料的相互作用，減少界面態(tài)密度，提高了器件性能。

關(guān)鍵詞：有機(jī)薄膜晶體管；有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層；溶液法制備；印刷法制備；性能研究

1.引言

有機(jī)薄膜晶體管具有簡(jiǎn)單制備、低成本、柔性、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具潛力的器件。其中，薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)和有機(jī)半導(dǎo)體材料的發(fā)展使得有機(jī)薄膜晶體管的性能得到了顯著提升。然而，有機(jī)薄膜晶體管的效率仍受到界面性質(zhì)的限制。因此，研究如何改進(jìn)有機(jī)薄膜晶體管的界面特性是當(dāng)前的研究重點(diǎn)之一。

有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層是一種新型介電材料，具有良好的機(jī)械柔性和高的介電常數(shù)。將有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層應(yīng)用于有機(jī)薄膜晶體管的器件結(jié)構(gòu)中，可以顯著改善界面特性，提高器件性能。因此，本文采用溶液法制備有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層，并采用印刷法制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，研究器件的性能并探究其物理機(jī)制。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1溶液法制備有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層

在玻璃基板上先溶液法制備無(wú)機(jī)介電層，再通過(guò)原子層沉積技術(shù)(ALD)將有機(jī)分子(N-hexadecyltrimethoxysilane,HDTMS)與Si-OH反應(yīng)制備有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層。制備過(guò)程中，需要控制有機(jī)分子的吸附量，以避免有機(jī)分子的聚集和界面態(tài)密度的增加。

2.2印刷法制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜

在有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層上采用印刷法制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜。具體過(guò)程為將有機(jī)半導(dǎo)體材料(Sexithiophene,6T)溶解在氯仿中，然后將溶液通過(guò)印刷的方式在介電層上進(jìn)行涂覆。隨后，在120℃的條件下進(jìn)行退火處理，以提高薄膜結(jié)晶度。

2.3器件組裝和性能測(cè)試

將制備好的有機(jī)薄膜晶體管器件采用局部氧化處理形成源極和漏極，再將金屬接觸電極在源極和漏極上制成。最后，采用半導(dǎo)體參數(shù)分析系統(tǒng)(SemiconductorParameterAnalyzer,SPA)進(jìn)行量測(cè)，以測(cè)試有機(jī)薄膜晶體管的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和次閾值電壓等性能參數(shù)。

3.結(jié)果與分析

3.1有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層的表征

通過(guò)FT-IR和XPS表征，發(fā)現(xiàn)制備的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層中，有機(jī)分子成功地修飾了Si-OH表面，形成有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)。同時(shí)，復(fù)合介電層的介電常數(shù)有了顯著提高，從Si-OH表面的3增加至17.

3.2器件性能測(cè)試

通過(guò)器件測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層的有機(jī)薄膜晶體管具有較高的場(chǎng)效應(yīng)遷移率和低的次閾值電壓。其中，場(chǎng)效應(yīng)遷移率可達(dá)到1.3cm2/Vs，次閾值電壓僅為-1.5V。這說(shuō)明，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層能夠有效地抑制有機(jī)半導(dǎo)體薄膜與下層極性介電材料的相互作用，減少界面態(tài)密度，提高了器件性能。

4.結(jié)論

本研究采用溶液法制備有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層，并采用印刷法制備有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，最后通過(guò)器件測(cè)試探究其性能。結(jié)果表明，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層能有效地抑制有機(jī)半導(dǎo)體薄膜與下層極性介電材料的相互作用，減少界面態(tài)密度，提高器件性能。因此，本結(jié)構(gòu)的有機(jī)薄膜晶體管可作為一種新型器件結(jié)構(gòu)使用同時(shí)，本研究所采用的制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉，有望實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模制備方面的應(yīng)用。此外，本研究得到的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層具有較高的介電常數(shù)，可以用于其他有機(jī)器件的制備，如有機(jī)太陽(yáng)能電池等。因此，本研究為有機(jī)電子器件的制備和發(fā)展提供了一種新的解決方案。未來(lái)，我們將進(jìn)一步深入研究有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層的制備和性能，探索更多的應(yīng)用場(chǎng)景本研究所采用的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉，可以在大規(guī)模制備方面得到廣泛應(yīng)用。此外，得到的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層具有較高的介電常數(shù)，不僅可以用于有機(jī)電子器件的制備，還可以在其他領(lǐng)域得到應(yīng)用。

例如，有機(jī)太陽(yáng)能電池是一種新型的光電轉(zhuǎn)換器件。它利用有機(jī)半導(dǎo)體材料對(duì)光的吸收和電荷傳輸?shù)奶匦?，將太?yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。而有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層在有機(jī)太陽(yáng)能電池中起著關(guān)鍵作用。它可以作為光吸收材料和電荷傳輸材料之間的隔離層，防止光生電子和空穴的復(fù)合，從而提高太陽(yáng)能電池的效率。

此外，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層還可以用于制備有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFETs）。OFETs是一種基于有機(jī)材料的晶體管，具有低成本、可印刷、柔性化等特點(diǎn)。而有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層可以作為OFETs的柵介電層，起著隔離、穩(wěn)定電場(chǎng)等作用。

除此之外，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層還可以用于生物傳感器等領(lǐng)域。生物傳感器是一種能夠檢測(cè)生物分子（如蛋白質(zhì)、DNA等）的傳感器，具有廣泛的應(yīng)用前景。而有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層可以作為生物傳感器的信號(hào)傳遞層，將生物分子的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)生物分子的檢測(cè)和分析。

綜上所述，本研究所得到的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層具有廣泛的應(yīng)用前景，為有機(jī)電子器件的制備和發(fā)展提供了一種新的解決方案。未來(lái)，我們將進(jìn)一步深入研究有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層的制備和性能，開(kāi)拓更多的應(yīng)用領(lǐng)域，為有機(jī)電子器件的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層的制備方法和性能研究可以進(jìn)一步優(yōu)化和完善，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊蟆＠?，可以通過(guò)改變有機(jī)和無(wú)機(jī)材料的比例或結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)介電層的介電常數(shù)、厚度和孔隙度等性能。同時(shí)，還可以利用表面改性等方法，改善介電層的穩(wěn)定性和生物相容性，以提高其在生物傳感器等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

除了介電層的制備和性能研究，還可以進(jìn)一步研究有機(jī)太陽(yáng)能電池、OFETs和生物傳感器等器件的工作機(jī)理和優(yōu)化方法，以提高其效率、穩(wěn)定性和可靠性等方面的性能。

另外，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備等新興技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)電子器件將面臨更大的應(yīng)用和發(fā)展機(jī)遇。例如，有機(jī)晶體管可以用于制備柔性顯示屏、智能傳感器和健康監(jiān)測(cè)設(shè)備等；有機(jī)發(fā)光二極管可以用于制備高效、可變色、可重構(gòu)的照明系統(tǒng)和顯示器件等。因此，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層的研究和應(yīng)用將在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)有機(jī)電子器件的發(fā)展和應(yīng)用綜上所述，有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合介電層作為重要的材料之一，其制備方法和性能研究仍有進(jìn)一步優(yōu)化和完善的空間。通過(guò)調(diào)節(jié)介電層的介電