自组装单分子膜 (SAM) 广泛应用于有机场效应晶体管,以改变栅极氧化物的表面能、表面粗糙度、薄膜生长动力学和电表面电位,从而控制器件的工作电压。本研究使用 n 型多晶小分子半导体材料 N,N′-二辛基-3,4,9,10-苝二甲酰亚胺 (PTCDI-C8),比较了氨基官能化的 SAM 分子与纯烷基硅烷 SAMS 对有机场效应晶体管电性能的影响。为了了解氨基对电子的影响,系统地研究了含氨基官能团的数量和 SAM 分子长度的影响。虽然之前已经研究过氨基官能化的 SAM 材料,但这项研究首次能够揭示用极性氨基硅烷材料处理栅极氧化物时发生的掺杂效应的性质。通过对分子水平上的界面进行全面的理论研究,我们发现观察到的阈值电压偏移是由自由电荷引起的,这些自由电荷被 PTCDI-C8 吸引,并在那里被质子化的氨基硅烷稳定下来。这种吸引力和电压偏移可以通过改变氨基硅烷中性端链的长度来系统地调整。
有机场效应晶体管 (OFET) 是有机电子电路的核心单元之一,OFET 的性能在很大程度上取决于其介电层的特性。有机聚合物,如聚乙烯醇 (PVA),由于其固有的柔韧性和与其他有机成分的天然兼容性,已成为 OFET 备受关注的介电材料。然而,诸如滞后、高亚阈值摆幅和低有效载流子迁移率等不尽人意的问题仍然大大限制了聚合物介电 OFET 在高速、低压柔性有机电路中的实际应用。这项工作开发了一种使用超临界 CO 2 流体 (SCCO 2 ) 处理 PVA 介电体的新方法,以获得性能卓越的聚合物介电 OFET。 SCCO 2 处理可以完全消除 OFET 传输特性中的滞后现象,同时还可以显著降低器件亚阈值斜率至 0.25 V/dec,并将饱和区载流子迁移率提高至 30.2 cm 2 V − 1 s − 1 ,这两个数字对于柔性聚合物电介质 OFET 来说都是非常可观的。进一步证明,与有机发光二极管 (OLED) 耦合后,SCCO 2 处理的 OFET 能够在快速开关速度下运行良好,这表明通过这种 SCCO 2 方法可以实现聚合物电介质 OFET 的优异开关行为。考虑到 OFET 的广泛和重要应用,我们预见这种 SCCO 2 技术将在有机电子领域具有非常广泛的应用,尤其是对于高刷新率和低压柔性显示设备。
1. 引言近年来,OLED 技术的巨大进步 [1,2,3] 和有机光伏 (OPV) 的迅猛发展证明了有机电子器件的工业和商业潜力。有报道称,体异质结设计中的经典有机光伏器件的效率接近 20%,而钙钛矿的效率甚至超过了这个值。这些里程碑式的进步使得此类发展如今既适用于小规模也适用于大规模应用 [4,5]。尽管如此,尽管最近电子器件和传感器取得了令人瞩目的进步,但下一代 OLED、太阳能电池和印刷电路(基于有机场效应晶体管 (OFET))的制造在寻找新型更高性能半导体、基板和封装材料、电介质和加工条件 [6–11] 等方面仍面临挑战。有机材料在 RF 范围内(即兆赫甚至更高频率)在空气中的稳定运行将支持许多能够与硅基 CMOS 电路竞争的新技术的开发 [8,12–18]。当这些新型电子元件与生物传感元件相结合时,将为开发一次性诊断和药物输送技术开辟可能性[19–29]。
推动了大面积柔性和印刷电子领域的发展。这些进步使得大量应用成为可能,例如有机发光二极管[1,2]、有机光伏电池[3,4]、有机热电电池[5,6]、有机场效应晶体管 (OFET)、[7–10] 有机(生物)传感器[11–13] 和神经形态设备。[14,15] 在这方面,有机场效应晶体管 (OFET) 不仅与其直接的技术应用有关,而且还是研究薄膜电性能的理想试验台。有机半导体通常分为两大类,即共轭聚合物和小分子。前者,即聚合物,由于其溶液可加工性而特别具有吸引力,并且已广泛报道了电荷迁移率高于氢化非晶硅标准(0.5–1 cm2V−1s−1)的 OFET。 [16] 后者是小分子,易于排列成有序的分子晶体,经过数年的化学调整和薄膜处理的精细调整,已经实现了场效应迁移率 > 10 cm 2 V − 1 s − 1 的小分子 OFET。[17–19] 这些材料的 π 共轭化学根源与其骨架上碳原子的 sp 2 杂化有关。这种特殊的特性也常见于
• 有机电子学和有机半导体电子结构的介绍。 • 问题解决环节:有机半导体材料电子能级的确定。 • 有机半导体中的电子传导和电荷传输。 • 问题解决环节:固态有机分子的电导率和迁移率计算。 • 有机场效应晶体管 (OFET) 器件的有机半导体。 • 问题解决环节:确定 OFET 器件特性和有机太阳能电池效率。 • 有机发光器件 - 工作原理和器件。 • 有机光伏:材料开发和器件制造的现状。 • 染料敏化太阳能电池 (DSSC):理论、制造和当前情景。 • 钙钛矿太阳能电池 (PSC):概述。
摘要 高载流子迁移率和均匀的器件性能对于有机场效应晶体管 (OFET) 的器件和集成电路应用至关重要。然而,仍然需要实现高器件性能且批次间差异较小的策略。本文,我们报告了一种在 N,N'-双十三烷基苝-3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺 (PTCDI-C 13 ) 模板上生长的 2,8-二氟-5,11-双(三乙基硅基乙炔基)蒽二噻吩 (dif-TES-ADT) 薄液晶膜,并通过原子力显微镜和偏振荧光显微镜进行了确认。具有大结晶域的液晶膜可进一步用作 OFET 的载流子传输通道。结果,我们实现了高性能 OFET,饱和载流子迁移率为 1.62 ± 0.26 cm 2 V −1 s −1
n型有机电化学晶体管(OECT)和有机字段效应的晶体管(OFET)的发达较不如其P型对应物。在此中,据报道,含有新型氟乙烯烯酚 - 乙烯基 - 苯苯(FSVS)单位的聚二硫代二酰亚胺(PNDI)的共聚物是N型OECT和N型OTET的有效材料。与寡素(乙二醇)(EG7)侧链P(NDIEG7-FSVS)的PNDI聚合物,A效率为0.2 f cm-1 v-1 s-1的高μC*,超过了基准N-typ pg4ndi-t2和pgti-gti。- 4.63 eV的深层腔内p(ndieg7-fsvs)具有超低阈值电压为0.16 v。 MEV,在N型OFET中导致高高度电子迁移率高达0.32 cm 2 v-1 s-1。 这些结果表明,对于下一代效果N型有机电子产品,同时实现较低的Lumo和更紧密的分子堆积的巨大潜力。- 4.63 eV的深层腔内p(ndieg7-fsvs)具有超低阈值电压为0.16 v。 MEV,在N型OFET中导致高高度电子迁移率高达0.32 cm 2 v-1 s-1。这些结果表明,对于下一代效果N型有机电子产品,同时实现较低的Lumo和更紧密的分子堆积的巨大潜力。
在新兴互联网(IoT)设备生态系统中使用的巨大潜力,其中多个设备节点与云网络系统共享信息。[1-4]印刷有机电子可以使用新型的构造来实现电子功能的质量产生和整合。[5-10]特别是,有机场效应晶体管(OFET)被视为在物联网中心发现的综合逻辑电路中的关键电子元件。[11,12]具有低压操作(<5 V)的高性能OFET和电荷迁移率超出了无定形硅(0.5-1 cm 2 V –1 S –1)。[13–21]成功的商业化还需要在基板上的许多设备上进行空间均匀的设备性能,包括特征和环境稳定性的可重复性。通常,设备性能在很大程度上取决于材料正常和电极,介电和半导体之间的界面。已经报道了各种改善绩效的策略,例如通过有理分子设计开发新材料,通过热/溶剂退火和添加剂控制形态,形态学控制,用p-/n-掺杂剂和互面剂掺杂分子掺杂,以及界面
在新兴互联网(IoT)设备生态系统中使用的巨大潜力,其中多个设备节点与云网络系统共享信息。[1-4]印刷有机电子可以使用新型的构造来实现电子功能的质量产生和整合。[5-10]特别是,有机场效应晶体管(OFET)被视为在物联网中心发现的综合逻辑电路中的关键电子元件。[11,12]具有低压操作(<5 V)的高性能OFET和电荷迁移率超出了无定形硅(0.5-1 cm 2 V –1 S –1)。[13–21]成功的商业化还需要在基板上的许多设备上进行空间均匀的设备性能,包括特征和环境稳定性的可重复性。通常,设备性能在很大程度上取决于材料正常和电极,介电和半导体之间的界面。已经报道了各种改善绩效的策略,例如通过有理分子设计开发新材料,通过热/溶剂退火和添加剂控制形态,形态学控制,用p-/n-掺杂剂和互面剂掺杂分子掺杂,以及界面
过去几十年来,有机半导体 (OSC) 因与传统有机半导体相比具有机械灵活性、低潜在制造成本和合成可调性等独特优势,在下一代印刷电子设备中备受关注。1 – 3 这些材料可广泛应用于有机光伏 (OPV)、4 – 6 有机场效应晶体管 (OFET) 7,8 到有机发光二极管 (OLED) 等等。9 为了充分发挥这些技术的潜力,人们付出了大量的努力来调整 OSC 的特性,包括其吸光能力和载流子传输,主要通过设计和合成新型半导体化合物。根据其传输的载流子类型,OSC 可分为 p 型(多数空穴传输)和 n 型(多数电子传输)材料。从历史上看,n 型 OSC 的发展在载流子迁移率和合成可扩展性方面明显落后于 p 型 OSC,因此,