印刷碳纳米管薄膜晶体管器件构建及电性能研究

高性能单壁碳纳米管场效应晶体管器件构建及其在电子、生物、医学、材料、环境等领域的研究一直是科学界研究的热点。本项目旨在通过系统研究多种自由基与不同类型单壁碳纳米管（如Arc discharge和HiPco等）的反应特性，实现选择性消除或抑制金属碳纳米管电性能的目的，筛选出理想的半导体碳纳米管墨水，采用现代印刷电子技术构建高性能碳纳米管薄膜晶体管器件。以半导体物理、物理化学、表面科学等基本原理为基础，结合单壁碳纳米管的结构特征，运用现代技术和分析手段，在碳纳米管功能化修饰基团、器件基体表面性质、介电层特性、碳纳米管墨水中金属碳纳米管、碳纳米管管径、碳纳米管之间接触电阻以及源漏电极材料等与薄膜晶体管器件电性能之间的关系展开系统、深入的研究，为全印刷高性能碳纳米管薄膜晶体管器件以及器件在微电子和逻辑电路等领域的应用提供理论依据和实验数据，也为其他新型印刷电子器件构建提供参考。

本课题开发出两种选择性分离半导体碳纳米管方法即自由基选择消除金属碳纳米管方法和聚合物包覆法，探讨了自由基选择选择性消除金属碳纳米管以及聚合物选择性包覆碳纳米管的作用机理。通过调整的半导体碳纳米管墨水的溶剂和添加剂种类，已成功开发出10余种高性能可印刷半导体碳纳米管墨水，并在柔性（PET）和刚性（玻璃、二氧化硅、氧化铪和氧化铝等）基体上构建出高性能印刷薄膜晶体管、反相器、或非门、环形振荡器和OLED驱动电路，如印刷薄膜晶体管的开关比和迁移率能够达到107和40 cm2V-1s-1以上。印刷反相器的增益可以达到33，构建的5阶环形振荡器的工作频率可以达到1.7kHz。构建的柔性OLED驱动电路能够在低电压（2V）条件下驱动外接的OLED。已在Nanoscale、Journal of materials chemistry、Journal of physical chemistry: C和ACS applied materials and interfaces等期刊发表研究论文12篇，其中8篇SCI论文，3篇EI和1篇核心期刊论文。申请碳纳米管墨水、印刷碳纳米管薄膜晶体管器件及电路等相关专利9项(NO201210098673.6, NO201210102957.8, NO201210563804.3, NO201310077635.7, NO201310508176.3, NO201310500659.9, NO201410074627.1, NO201410577390.9, NO20140816237.7)，已授权一项。此外出版了国内第一部印刷电子书籍---《印刷电子学：材料、技术及其应用》(主要负责第五章“印刷晶体管原理、结构与制造技术”）。同时还培养硕士研究生5名。