同质界面有机薄膜晶体管研究

提高器件的迁移率一直是有机薄膜晶体管（OTFT）研究的热点。众多研究表明OTFT器件的迁移率要比有机半导体材料的本征迁移率低一到两个数量级，造成这一现象的主要原因在于OTFT中存在严重的界面问题。本项目将研究通过氧等离子体处理技术改变底接触式有机薄膜晶体管的源、漏金属电极的表面特性，使其与氧化物栅介质的表面相近，再通过自组装单分子层薄膜对其进行修饰，获得性质完全相同的表面，从而制备出同质界面OTFT。深入研究有机半导体薄膜在单分子层薄膜上的生长机理，揭示界面性质对器件迁移率的作用规律。探索优化界面的工艺和参数，把界面对器件性能的影响降到最低，使得器件的迁移率接近于材料的迁移率，提高器件的可靠性和稳定性，提高器件性能的均一性。同质界面OTFT可以用铜、铝等代替黄金，能够在获得高性能的同时有效降低器件成本，从而为制备低成本高性能有机射频识别标签提供稳定可靠的核心器件，具有非常好的应用前景。

表征有机薄膜晶体管（OTFT）性能的最重要指标是迁移率，长期以来提高器件的迁移率都是OTFT领域研究的热点。影响OTFT器件迁移率的原因有很多，其中最主要原因在于OTFT器件中多个界面导致了材料生长不均一，有效接触面积过小等现象，从而大幅降低了OTFT器件的迁移率。在本项目中，我们提出了一种新型的OTFT概念，同质界面有机薄膜晶体管。通过等离子体刻蚀技术在介质层表面形成沟槽，然后在沟槽里面制备出器件的源漏电极，使得金属电极的表面和介质层的表面齐平，从而消除有机半导体薄膜生长过程中由于界面不平整造成的晶粒细化，获得结构一致的大晶粒薄膜，制备出一种新型的OTFT器件结构。在此基础上，通过氧等离子体处理技术使金属源漏电极的表面发生氧化，通过控制工艺参数，把氧化层的厚度控制在最薄。挂上氢氧键后，金属电极的表面与氧化物栅介质的表面性质一致，然后再使用长链的自组装单分子层薄膜对整个器件的表面进行修饰，获得性质完全相同的有机半导体薄膜生长表面。通过真空热蒸发技术沉积有机半导体薄膜后制备出同质界面OTFT。通过优化各种实验参数，制备出高性能的同质界面有机薄膜晶体管，器件的迁移率为2.5 cm2/Vs，电流开关比为5.2E5，阈值电压为5.7 V。为制备低成本高性能有机电路提供稳定可靠的核心器件，具有非常好的应用前景。