【《有机薄膜晶体管技术发展研究国内外文献综述》1800字】

有机薄膜晶体管技术发展研究国内外文献综述1.1有机薄膜晶体管的研究概况有机薄膜晶体管(OTFT)是以有机电子材料为半导体层的场效应晶体管。与传统的无机场效应晶体管，OTFT具有器件质量轻，生产成本低，可溶液法制备，可柔性化应用等诸多优势，它的诞生和发展与场效应晶体管理论的发展，材料化学、器件物理等学科的进步密切相关。自上世纪30年代J.E.Lilienfeld首次提出场效应晶体管的概念以来，人们便开始了对这一领域的不懈探索。随着对半导体材料的深入研究，半导体制备工艺水平的不断提升，1960年，在美国贝尔实验室诞生了世界上第一个基于无机材料的场效应晶体管，引起业内广泛关注，在随后的几十年里，基于无机材料的场效应晶体管的相关理论不断完善，制备水平逐步攀升，器件性能逐年升高，在有源矩阵液晶显示器，集成电路等领域大显身手，成为了不可或缺的基础元件。相对于无机场效应晶体管，OTFT的发展起步较晚，它的发展很大程度上来自于半导体材料出现了革命性的变化，在1977年前后，美国科学家黑格发现了导电聚合物材料，打破了聚合物材料不能作为有源导电材料使用的传统理念，聚合物材料质量轻便，质地柔韧，适用于溶液法制备和大面积生产，一旦应用在场效应晶体管领域可以起到简化制备工艺，拓展器件应用面等诸多积极作用，于是，学术界和工业界开始了对利用有机制备场效应晶体管的探索。1986年，Koezuka等人首次报道了基于噻吩聚合物(polythiophene)制备的OTFT器件，但是受制于半导体材料的本身缺陷和制备工艺的落后，器件的迁移率仅有10−5cm2V−1s−1。随着在半导体材料科学，有机化学，器件物理等领域的深入研究和现代微电子工艺技术的不断提升，包含二维材料，小分子有机物，高分子聚合物在内的一大批性能优异的有机半导体材料问世，有机薄膜晶体管的迁移率被不断刷新。1996年，Z.Bao等人以区域规则的共和聚合物聚（3-己基噻吩）（P3HT）为有源层材料制备的OTFT迁移率达到了0.1cm2cm2V−1s−1。2007年，L.Li等人利用真空沉积得到的二维钛氧基酞菁（TiOPc）材料作为OTFT的有源层，将器件的迁移率提升到了10cm2V−1s−1。2007年，Jurchescu更实在基于单晶的并五苯的OTFT中获取了惊人的43cm2V−1s−1的迁移率。在电极材料的研究中，发掘了包括金、银、铜、氧化铟锡在内的丰富电极材料，可根据有机半导体的能级大小选择适当功函数的电极材料，以达到减小电极－有机半导体的势垒差，提升器件性能。总而言之，经过几十年的发展，OTFT的理论体系，制备工艺以及材料体系都较为完善，并且器件的性能和稳定性也早已达到现实应用的水准，人们把更多的目光聚焦在了OTFT器件的功能化应用和寻找其最佳应用场景上。凭借有机材料分子结构易于设计和自身结构的高度灵活性，OTFT可以较为容易地实现在光电探测、光电存储，气体探测、类脑计算等功能，在智慧医疗、物传感、可穿戴电子和类脑计算等领域逐渐崭露头角。1.2有机薄膜晶体管的基本结构有机薄膜晶体管与传统的场效应晶体管最显著的区别在于有源层材料采用的是有机半导体，在基本结构上与之并无差别。一个完整OTFT的器件包含基底、栅极、绝缘层、有机半导体层和源漏电极，以上各个部分在器件中层状堆叠构成器件。OTFT结构的种类是根据源漏电极、半导体层、栅极的相对位置来分成四种类型，如图1-1所示，当栅极位于半导体层上方，可称之为顶栅结构，再根据源漏电极处在半导体层的上、下方分别划分为顶接触结构和底接触结构；例如当栅极处在有源层上方，源漏电极处在有源层的下方，则称之为顶栅底接触结构。以上四种结构的差异也对OTFT器件性能等方面带来不同的影响，如底接触结构的OTFT的源漏电极先于有源层沉积好，避免了源漏电极制备过程中可能对有机半导体层产生的不利影响，但是其与有源层的接触界面质量不能得到很好的保证，可能导致较大的接触电阻，相反，对于顶接触结构的OTFT，其源漏电极的沉积在有机半导体层退火成膜之后，金属原子容易在有机半导体层和电极的界面渗透，从而形成金属－有机半导体之间的高质量接触，器件的接触电阻降低。再如，顶栅结构的OTFT由于栅极和绝缘层覆盖在有机半导体材料之上，能够有效地阻隔环境中的水氧对有机半导体材料的侵蚀，起到保护有机半导体的作用，对于器件稳定性的提升意义重大，但是其制备工艺较为繁琐，并且，在制备过程中绝缘层和栅极的淀积极易对已成膜的有机半导体产生不利影响。相比起来，底栅结构的OTFT