基于兩層聚合物柵絕緣層的高性能柔性O(shè)FETs機(jī)械柔韌性及其熱穩(wěn)定性的研究.pdf

1、在過(guò)去的近三十年以來(lái)，柔性有機(jī)聚合物電子引起了人們非常大的興趣，這是因?yàn)樗鼈儽粡V泛應(yīng)用于很多方面，比如柔性射頻標(biāo)簽，柔性顯示，智能卡，成本相對(duì)較低的傳感器，電子皮膚等。柔性有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管之所以引起人們極大的興趣，因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)勢(shì)，例如它可以通過(guò)低溫加工制備，可以進(jìn)行大面積生產(chǎn)，制備成本相對(duì)廉價(jià)，可以進(jìn)行柔性機(jī)械彎曲，并且與柔性襯底相兼容等。然而近幾年材料學(xué)方面的研究人員把主要研究精力置于有機(jī)半導(dǎo)體層的研究上，為了獲取載流子遷移率較高

2、的器件，因此對(duì)于柵絕緣層材料的研究就相對(duì)較少。但是，想要采用低溫溶液加工的方法制備柔性O(shè)FETs器件，并且想要獲得較高的性能，這在很大程度上取決于器件的柵絕緣層。并且，對(duì)柵絕緣層的改善和提高有利于有機(jī)半導(dǎo)體電子器件實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的進(jìn)步。有研究表明，采用高k金屬氧化物材料作為柵絕緣層制備的OFETs器件可以獲取較高的性能，然而，較之于聚合物材料，金屬氧化物材料作為柵絕緣層時(shí)與柔性襯底的兼容性不太好，并且金屬氧化物絕緣層與有機(jī)半導(dǎo)體層的接觸界面

3、不是很好。采用聚合物材料作為柵絕緣層時(shí)，就能提供一個(gè)與有機(jī)半導(dǎo)體層相接觸的良好的界面，這是因?yàn)橐话憔酆衔锊牧献鳛闁沤^緣層具有非極性的疏水的表面，良好的界面性質(zhì)有利于器件性能的提高，得到高的遷移率。人們希望可以利用低溫加工的方法制備器件，以實(shí)現(xiàn)柔性 OFETs器件的各種優(yōu)勢(shì)。從這方面來(lái)說(shuō)，聚合物材料很適合作為柔性 O FETs的柵絕緣層，因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)低溫溶液加工旋涂的方法實(shí)現(xiàn)。
　　本論文的工作中，以 PET作為襯底材料，采用兩層

4、聚合物材料作為柵絕緣層，分別是PMMA和交聯(lián)PVP-HDA，該器件得到了較高的載流子遷移率。選用并五苯作為有機(jī)半導(dǎo)體層，一方面因?yàn)槠渚哂休^高的遷移率另一方面它是一種被廣泛應(yīng)用的有機(jī)半導(dǎo)體材料。該器件采用的是底柵式結(jié)構(gòu)，測(cè)得的器件性能其載流子遷移率平均可以達(dá)到1.5cm2V-1s-1,閾值電壓在-20V左右，電流開(kāi)關(guān)比在105的量級(jí)上。并且器件的載流子遷移率最高可以達(dá)到2 cm2V-1s-1以上，以上的性能參數(shù)甚至能超過(guò)一些剛性O(shè)FETs

5、器件的性能。所制備的器件在沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何封裝保護(hù)的情況下，進(jìn)行了不同情況的機(jī)械彎曲測(cè)試以及熱穩(wěn)定性測(cè)試。本論文從以下幾個(gè)方面討論了機(jī)械彎曲性，包括不同的彎曲次數(shù)，不同的彎曲半徑分別是5mm和3.5mm，不同的彎曲方向包括平行溝道彎曲和垂直溝道彎曲。在熱穩(wěn)定性的研究中，選用從40℃到140℃的退火溫度在烘箱中對(duì)器件進(jìn)行退火，以20℃為溫度的間隔梯度，每個(gè)溫度退火2小時(shí)。結(jié)果顯示器件具有良好的熱穩(wěn)定性。為了分析相關(guān)器件的性能參數(shù)，本論文也進(jìn)行