《聚合物薄膜電晶體穩定性及其機理研究》是依託華南理工大學，由劉玉榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物薄膜電晶體穩定性及其機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉玉榮
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年，以有機半導體材料為基礎的有機/聚合物薄膜電晶體（OTFT）因其具有製作溫度低、易實現大面積、工藝簡單、成本低廉、全有機可彎曲等優勢在平板顯示、感測器、積體電路等領域具有廣闊的套用前景而受到廣泛的關注，取得了長足的進展，器件性能逐步接近套用水平。然而，器件的穩定性和可靠性問題已成為制約其套用的主要瓶頸，還有待於實現實質性的突破。.本項目以聚三己基噻吩(P3HT)為半導體活性層，研究聚合物薄膜電晶體（PTFT）的柵、漏應力效應及其機理，揭示P3HT-PTFT工作狀態不穩定的內在因素及其機理，探索抑制應力效應的有效方法；研究空氣環境下P3HT-PTFT的失效機理，探索表面誘導自包封技術，實現穩定的高性能聚合物薄膜電晶體。為實現一種低成本、易製作、高性能聚合物薄膜電晶體製備技術提供科學指導，為下一步開展OTFT-OLED集成研究、有機智慧型識別卡晶片研究奠定基礎。
結題摘要
本項目研究了基於P3HT聚合物薄膜電晶體（PTFT）在工作狀態下和在空氣環境下不穩定性及其機理，探討了多種提高器件穩定性的方法。 通過研究柵介質材料、柵介質層厚度和工作溫度對P3HT-TFT柵、漏電壓應力效應的影響規律，揭示了柵電壓應力作用下的不穩定性主要來源於F-N隧穿效應引起的電荷陷阱，基於這一結果建立了常柵電壓和變柵電壓應力作用下該器件閾值電壓隨應力時間漂移的物理模型，該模型與實驗結果基本一致；而漏電壓應力作用下的不穩定性主要來源於有源層中空穴陷阱和缺陷態的產生；柵、漏電壓應力作用下的不穩定性與初始的柵介質與半導體間的界面狀況密切相關，優質的界面是提高工作狀態穩定性的有效途徑。採用OTS柵介質表面修飾不僅可以大幅度提高器件性能，而且可以有效改善器件在工作狀態下的穩定性。通過I-V特性測試和XPS譜分析研究了P3HT-TFT器件曝露於自然空氣、乾O2、高純水後器件的電特性和P3HT薄膜組分隨時間的變化規律，揭示了該器件在空氣中退化主要是因為器件表面空氣中水分子的吸附導致溝道表面附近載流子導電性增強，而不是氧的p型摻雜所致；通過器件表面採用蠟作保護層和表面誘導自包封技術可有效地提高該器件在空氣中的穩定性。通過對P3HT-TFT器件在可見光照射下的光回響特性的研究發現，P3HT-TFT器件的光回響度強烈地受到柵電壓和光照強度的調控。在亞閾值區工作模式下，漏極電流隨光照強度的增加而迅速增加，而在開態工作模式下，漏極電流隨光照強度的增加而緩慢增加。在光照強度為1200 lux時，亞閾值工作模式下最大的光回響度為1.7×103，該結果採用本體電阻和溝道電阻並聯模型得到很好的解釋。這一結果表明，P3HT-TFT可作為光電晶體套用於光電探測領域。本項目的研究成果對於最佳化P3HT-TFT器件的製備工藝，改善器件的電性能和穩定性，拓展其套用領域都具有指導意義和套用價值。
