并五苯单晶场效应管的原位制备及其性能表征

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有机电子学因其低成本和柔韧性等优点在科学研究和工业应用都受到广泛关注。尽管有机电子学取得了快速发展,但人们对有机半导体材料电荷输运的本征特性的了解仍然十分有限。这主要是由于多晶或非晶半导体薄膜严重的无序性限制了器件的性能,而有机单晶有着很高的长程有序性结构以及化学纯度,为研究有机半导体器件的本征性能提供了条件。本论文在生长了超薄大尺寸的高质量并五苯有机单晶的基础上,原位地制备了底栅顶接触并五苯单晶场效应管,由于在器件制备工艺过程中无需转移晶体,从而得到良好的半导体介电层界面。通过对单晶器件电学性能的表征,以及晶体结构的分析,得到了并五苯单晶中迁移率的各向异性,以及单晶厚度对顶接触器件电荷注入的影响。通过在300K-80K温度范围内测量单晶器件的电学信号,对单晶中的载流子输运机制进行了初步分析,观测到了并五苯单晶中载流子的类似带式输运现象。本论文主要研究工作和结果包括以下部分:  1.在生长了超薄大尺寸的高质量并五苯有机单晶的基础上,为了得到更好好的半导体介电层界面,我们创新地发展了一种原位制备底栅顶接触并五苯单晶场效应晶体管的器件制备工艺,并与转移单晶方法制备的器件的电学性能进行了对比,可以发现该方法制备的单晶器件有着很好的半导体介电层界面,其迁移率(最高可达4.5cm2V-1s-1)比传统转移单晶方法制备器件的要高出一个数量级。  2.着重研究了底栅顶接触有机单晶场效应管的接触电阻和单晶厚度之间的关联。根据Riccardo等人的理论分析方法,我们直接根据器件的电学信号测量提取出栅压依赖的迁移率和接触电阻。随着器件中单晶厚度的增加,接触电阻则会变大,器件迁移率就会越小。这种方法对我们正确认识有机单晶场效应器件中电荷的真实输运性质意义重大。  3.本实验用PVT方法生长得到的并五苯单晶的(001)面平行于衬底表面,并且由于初始籽晶的方向是随机分布的,使得生长出的单晶晶向也是随机分布的。我们通过测量大量并五苯单晶场效应管器件,统计了迁移率沿不同晶向的分布。  4.通过实验在300K-80K温度范围内测量了并五苯单晶器件的迁移率随温度的变化,在不同温度范围内观测到不同的温度依赖关系。随着温度的下降,器件的迁移率先是降低,然后在低温区随温度降低而升高。展现了类似带式输运(Band-like Transport)的特性。
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