氣溶膠噴印技術(shù)研究及其在有機(jī)薄膜晶體管中的應(yīng)用.pdf

1、有機(jī)薄膜晶體管由于材料來(lái)源廣、成本低和易加工等優(yōu)點(diǎn)以及在電子工業(yè)低成本和大面積柔性制備等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景而受到越來(lái)越多的關(guān)注。氣溶膠噴印作為一種新興的微圖案加工技術(shù),憑借其低成本、高分辨率、與柔性襯底兼容等優(yōu)勢(shì),正逐步成為制備顯示器、高效太陽(yáng)能電池、傳感器等電子器件的理想方法。本文利用氣溶膠噴印設(shè)備制備了有機(jī)薄膜晶體管的電極層、半導(dǎo)體層、絕緣層,并對(duì)其進(jìn)行了表征。同時(shí),制備了有機(jī)薄膜晶體管,比較了基于PEDOT:PSS電極和Ag

2、電極的有機(jī)薄膜晶體管的性能差異。并基于前面的研究結(jié)果,用氣溶膠噴印技術(shù)制備了全印刷的有機(jī)薄膜晶體管,測(cè)試了其性能,并進(jìn)行了分析。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、挪捎脤?dǎo)電聚合物PEDOT:PSS水溶液作為電極材料,利用氣溶膠噴印設(shè)備制備了電極薄膜。利用光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡以及四探針測(cè)試薄膜的形貌和電學(xué)特性,系統(tǒng)研究了加入乙二醇、丙三醇溶劑對(duì)導(dǎo)電薄膜的衛(wèi)星液滴、表面形貌和導(dǎo)電特性的影響,以及在PEDOT:PS與丙三醇混合溶液中摻雜銀納米

3、線或石墨烯對(duì)薄膜導(dǎo)電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:添加乙二醇和丙三醇溶劑可有效地控制PEDOT:PSS薄膜衛(wèi)星液滴的產(chǎn)生,降低導(dǎo)電薄膜的粗糙度,粗糙度由263nm分別降為47.7nm和2.9nm。同時(shí),PEDOT:PSS薄膜的導(dǎo)電性在加入乙二醇、丙三醇溶劑后也獲得了明顯的提高,薄膜方塊電阻從原來(lái)的3.31×108Ω/口,分別降為加入乙二醇后的4.53×105Ω/口,及加入丙三醇后的4.61×104Ω/口。此外,銀納米線及石墨烯的摻雜能進(jìn)一步

4、提高PEDOT:PSS/丙三醇薄膜的導(dǎo)電性能。薄膜方塊電阻從原來(lái)的3.16×10Ω/口,分別降為加入銀納米線后的321Ω/口,及加入石墨烯后的267Ω口。
　?、撇捎镁?-己基噻吩(P3HT)作為半導(dǎo)體材料,利用氣溶膠噴印設(shè)備制備了半導(dǎo)體薄膜。利用光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡以及臺(tái)階儀測(cè)試薄膜形貌和厚度,系統(tǒng)研究了溶劑以及噴印參數(shù)對(duì)薄膜表面形貌和厚度的影響。結(jié)果顯示:噴印P3HT半導(dǎo)體材料時(shí),氯仿加松油醇是最優(yōu)的溶劑;噴印速度為(0.

5、5mm/s或1mm/s)、送霧氣流(10ml)時(shí),噴印沉積的薄膜致密均勻,成膜質(zhì)量較好。而且在其它參數(shù)固定的情況下,噴印速度越快,送霧氣流越小,噴印沉積的薄膜厚度越小;噴印速度越慢,送霧氣流越大,噴印沉積的薄膜厚度越大。
　?、遣捎镁奂谆┧峒柞?PMMA)、PMMA和離子液體([EMIM][TFSI])混合材料做絕緣層,利用氣溶膠噴印設(shè)備制備了絕緣層薄膜。利用光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡以及探針臺(tái)測(cè)試薄膜形貌和介電常數(shù),系統(tǒng)研究了

6、溶劑以及配比的不同對(duì)薄膜表面形貌和介電常數(shù)的影響。結(jié)果顯示:PMMA與離子液體混合且配比為3:7,采用苯甲醚作溶劑時(shí),噴印沉積的薄膜質(zhì)量最好,介電常數(shù)最高,更適合做器件的絕緣層。
　?、壤脷馊苣z噴印設(shè)備制備了PEDOT:PSS電極和銀電極,分別制備成有機(jī)薄膜晶體管,并且利用探針臺(tái)測(cè)試其性能并進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果顯示:基于PEDOTl:PSS電極和銀電極的有機(jī)薄膜晶體管的載流子遷移率分別為:1.1×10-3cm2V-1s-1和2.9x