高性能有機晶體管存儲器的制備及其空氣穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著有機電子學研究的進步，基于有機材料的晶體管存儲器已經(jīng)成為有機電子領域的研究熱點之一。有機晶體管存儲器是利用有機材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的無機半導體，絕緣體材料制成，因此有機存儲器較傳統(tǒng)的無機存儲器具有以下的優(yōu)勢；一方面有機晶體管存儲器可以制備在柔性的襯底上，適用于未來可卷曲電子設備的集成中。另一方面有機晶體管存儲器可以采用簡單的，低成本的溶液旋涂，打印等方法制備。
　　近二十年來，有機晶體管存儲器的研究取得了明顯進展，為了適應未來應用的需

2、求，提高有機晶體管存儲器器件性能有重要意義。衡量有機晶體管存儲器工作性能優(yōu)異的參數(shù)主要是存儲保持性，有機半導體遷移率，存儲窗口和空氣中操作穩(wěn)定性。因此本論文將研究影響有機晶體管存儲器保持性，有機半導體遷移率，存儲窗口和空氣穩(wěn)定性的因素，并提出優(yōu)化方案。實驗中采用探針臺和4200-SCS型半導體特性分析系統(tǒng)進行器件性能的測試與分析。利用原子力顯微鏡（AFM）和透射電子顯微鏡（TEM）研究薄膜形貌。
　　對于存儲器保持性，有機半導體遷

3、移率，存儲窗口的研究，我們發(fā)現(xiàn)并報道了隧穿絕緣層薄膜形貌對這三方面起著決定性的影響。隧穿絕緣層薄膜形貌較差時，對金屬顆粒的覆蓋率就會較低，因此電荷在金屬顆粒和有機半導體之間的傳輸便非常容易，導致存儲保持性較差，窗口虛大卻不穩(wěn)定，有機半導體的生長也呈現(xiàn)無序。通過熱退火改善隧穿絕緣層薄膜的形貌，使其對金屬顆粒覆蓋率顯著提高，電荷在金屬顆粒和有機半導體之間的傳輸就變成正常的隧穿過程，器件的保持性能得到明顯的提高，有機半導體薄膜也因生長界面的改

4、善而呈現(xiàn)出有序良性的薄膜形貌且體現(xiàn)較高的遷移率，并擁有可觀穩(wěn)定的存儲窗口。該工作中，我們系統(tǒng)研究了不同退火條件下產(chǎn)生的隧穿絕緣層薄膜的形貌，并測試了相應的存儲器性能，發(fā)現(xiàn)隧穿絕緣層薄膜對金屬顆粒覆蓋率的高低直接決定了存儲器性能，并提出了熱退火是提高隧穿絕緣層薄膜對金屬顆粒覆蓋率，制備高性能有機晶體管存儲器的有效途徑。
　　關(guān)于有機晶體管存儲器在空氣中操作穩(wěn)定性的研究，我們報道了器件在空氣中操作后失效的現(xiàn)象并研究了失效的物理機理。研

5、究發(fā)現(xiàn)空氣中的氧氣是導致器件存儲性能衰退的成分。氧分子因其較強的電負性，很容易得到有機小分子π體系中的電子，產(chǎn)生 P型摻雜效應，引入了大量的電子陷阱能級，使得電子不能注入到有機半導體和隧穿絕緣層界面，導致存儲性能失效。這項工作說明了有機半導體材料的空氣穩(wěn)定性直接決定了存儲器件的空氣操作穩(wěn)定性,并闡明了衰退的物理機制。
　　本論文的研究通過實驗分析指出了隧穿絕緣層薄膜形貌是決定有機晶體管存儲器性能的重要因素，為制備高性能有機晶體管存

6、儲器件指出明確的途徑，并展示了通過優(yōu)化方案制備的有機晶體管存儲器的優(yōu)異性能。此外本文還提出了有機半導體空氣穩(wěn)定性對有機晶體管存儲器空氣穩(wěn)定性的重要性，指出合成新型空氣穩(wěn)定的有機半導體或者引入器件封裝處理是提高器件空氣穩(wěn)定性的有效途徑，而且指出能夠?qū)崿F(xiàn)有機晶體管存儲器空氣操作穩(wěn)定的有機半導體材料，不僅僅是要具備傳統(tǒng)意義的多子傳輸空氣穩(wěn)定同時也要具備少子的傳輸空氣穩(wěn)定，為合成新型空氣穩(wěn)定有機半導體材料提出了指導方向。這些都對有機晶體管存儲器