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有机电子器件以其柔性和低成本的突出优势而具有广泛的应用前景。在之前20多年的时间里,相关领域一直是各研究机构和公司的研究热点。有机半导体器件,尤其是有机场效应晶体管(OFET)器件,是有机电子技术的基础。因此,本论文选取有机场效应晶体管为研究对象,研究其器件性能,器件结构以及器件集成工艺方面的问题,主要研究内容包括如下几个方面:
在单个器件方面,研究了提高OFET器件性能和增强器件在空气环境中稳定性的方法。包括设计了几种实验手段对衬底进行表面修饰,以减小衬底材料对器件性能的影响;在电极的处理方面,研究了低成本铜电极的替代问题、金上电极的修饰以及底接触结构中底电极的平坦化;在OFET器件空气中稳定性方面,除了研究器件在空气环境中的衰变现象和原因,也通过采用一种双层有源层的结构改善了器件在空气中的稳定性。
在器件结构与工艺兼容方面,本论文不仅基于性能提高方面的考虑设计了多种新的器件结构,也出于器件性能和工艺兼容方面的考虑而改良单个器件结构提高其与工艺的兼容性。主要内容包括设计了一种双层上电极的结构,减小了载流子在上电极底部受到的散射以及器件的沟道电阻;为了提高器件有源层分子的有序度,设计了一种混合接触结构,该结构也有助于直接研究和比较顶接触和底接触两种结构的器件中接触电阻的不同,该实验中也研究了导致这种差异的原因;通过采用一种对器件沟道分步加工的工艺,设计了一种悬浮源漏电极的OFET结构,该结构很好的解决了良好的器件性能和成熟且高精度的光刻加工工艺之间不兼容的矛盾;另外本论文中也设计了其他一些新结构的OFET器件,包括无过孔结构,平面布局结构,T形沟道结构等。
在OFET的柔性应用方面,本论文研究了柔性衬底上的器件制备工艺和电路集成工艺。在此基础上,结合有机栅介质可溶性的特点设计了一种区域旋涂无过孔互连工艺来制备全有机器件和电路。该工艺减少了工艺流程,减轻了工艺过程对柔性衬底和有机栅介质的损害。
在电路集成方面,本论文首先研究了EDA软件(Hspice)对OFET器件和电路的模拟和仿真上的支持。在硅器件的仿真模型MOSFET(Level=1)的基础上得到简单的OFET的仿真模型,然后进行了OFET器件模拟和有机电路的仿真。同时也研究了简单有机电路(反相器,振荡器)的流片工艺。