非溶剂掺杂完善自组织机理提升高度区域规则的(3-己基噻吩)有机场效应晶体管器件性能的研究

田雪雁; 赵谡玲; 徐征; 姚江峰; 张福俊; 徐叙瑢

doi:10.7498/aps.60.037201

摘要

为了保证在低温加工及溶液制备的情况下,能够提升高度区域规则的聚(3-己基噻吩) (RR-P3HT)有机场效应晶体管(OFET)的器件性能,本文研究了室温下乙醇及乙腈非溶剂的掺杂,及其对高分子自组织机理与导致的RR-P3HT OFET电学性能的影响.实验发现,适量进行乙醇及乙腈非溶剂的掺杂,将促进RR-P3HT薄膜形成更多期望的微晶粒薄片结构,完善高分子自组织机理,导致RR-P3HT OFET电学性能的提升.实验表明,在RR-P3HT溶液中进行5 %乙腈添加后,其器件场效应迁移率的值由原来的4.04×10<

关键词:

Abstract

In order to enhance the performance of poly(3-hexylthiophene) (RR-P3HT) organic field-effect transistors (OFET) by low temperature solution-process of non-solvent addition (acetonitrile and ethanol), the resulting self-organization of polymer semiconductor layer and performance of RR-P3HT OFET are studied in this paper. The results fshow that an appropriate non-solvent addition (acetonitrile and ethanol) promotes the formation of more microcrystalline lamellae and improves the self-organization of polymer semiconductor layer, resulting in electrical properties enhancement of polymer OFET. The results indicate that the field-effect of RR-P3HT OFET with 5% acetonitrile addition can reach 3.39×10-3 cm2/V ·s, which is higher by a factor of 8 than that with 0% acetonitrile addition. Encessive non-solvent addition (acetonitrile and ethanol) leads to more precipitates which reduce microcrystalline lamellae and lowers the quality of polymer film, resulting in performance degradation of polymer OFET.

Keywords:

regioregular poly(3-hexylthiophene) organic field-effect transistor /
non-solvent addition /
self-organization /
field-effect mobility

作者及机构信息

(1)北京北旭电子玻璃有限公司(京东方科技集团股份有限公司),北京 100016; (2)北京交通大学光电子技术研究所,北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室,北京 100044; (3)北京交通大学光电子技术研究所,北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室,北京 100044; 京东方科技集团股份有限公司技术研发中心,北京 100176

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60978060,10974013,10804006,10774013),教育部博士点基金(批准号:20090009110027,20070004024),博士点新教师基金(批准号:20070004031),北京市科技新星计划(批准号:2007A024),北京市自然科学基金(批准号:1102028),国家杰出青年科学基金(批准号:60825407),北京市科委项目(批准号:Z090803044009001)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2010CB327705)资助的课题.

Authors and contacts

(1)Beijing Asahi Glass Electronics co., Ltd. (BOE Technology Group),Beijing 100016,China; (2)Institute of Optoelectronics Technology, Beijing Jiaotong University, Key Laboratory of Luminescence and Optical Information (Beijing Jiaotong University), Ministry of Education,Beijing 100044,China; (3)Institute of Optoelectronics Technology, Beijing Jiaotong University, Key Laboratory of Luminescence and Optical Information (Beijing Jiaotong University), Ministry of Education,Beijing 100044,China; Beijing BOE Technology Research Institute, Beijing 1001

参考文献

[1]	Bao Z, Dodabalapur A, Lovinger A J 1996 Appl. Phys. Lett. 69 4108
[2]	Ong B S, Wu Y, Liu P, Gardner S 2004 J. Am. Chem. Soc. 126 3378
[3]	Sirringhaus H, Tessler N, Friend R H 1998 Science 280 1741
[4]	Tian X Y, Xu Z, Zhao S L, Zhang F J, Xu X R, Yuan G C, Li J, Sun Q J 2010 Chin. Phys. B 19 018103
[5]	Sirringhaus H, Brown P J, Friend R H, Nielsen M M, Bechgaard K, Langeveld-Voss B M W, Spiering A J H, Janssen R A J, Meijer E W, Herwig P, de Leeuw D M 1999 Nature (London) 401 685
[6]	Chang J F, Sun B, Breiby D W, Nielsen M M, Slling T I, Giles M, McCulloch I, Sirringhaus H 2004 Chem. Mater. 16 4772
[7]	Moulé A J, Meerholz K 2008 Adv. Mater. 20 240
[8]	Yang X, Lu G, Li L 2008 J. Mater. Chem. 18 1984
[9]	Kiriy N, Jhne E, Adler H J, Schneider M, Kiriy A, Gorodyska G, Minko S, Jehnichen D, Simon P, Fokin A A, Stamm M 2003 Nano. Lett. 3 707
[10]	Berson S, Bettignies R D, Bailly S, Guillerez S 2007 Adv. Funct. Mater. 17 1377
[11]	Park Y D, Lee H S, Choi Y J, Kwak D, Cho J H, Lee S, Cho K 2009 Adv. Funct. Mater. 19 1
[12]	Singh T B, Sariciftci N S 2006 Annu. Rev. Mater. Res. 36 199
[13]	Dimitrakopoulos C D, Mascaro D J 2001 IBM J. Res. & Dev. 45 11
[14]	Tao C L, Zhang X H, Dong M J, Liu Y Y, Sun Shuo, Ou G P, Zhang F J, Zhang H L 2008 Chin. Phys. B 17 281
[15]	Yuan G C, Xu Z, Zhao S L, Zhang F J, Jiang W W, Song D D, Zhu H N, Li S Y, Huang J Y, Huang H, Xu X R 2008 Chin. Phys. B 17 1887
[16]	Lan Y K, Huang C 2008 J. Phys. Chem. B 112 14857
[17]	Kim D H, Park Y D, Jang Y, Yang H, Kim Y H, Han J I, Moon D G, Park S, Chang T, Chang C, Joo M, Ryu C Y 2005 Adv. Funct. Mater. 15 77
[18]	Loo Y 2007 AIChE Journal 53 1066
[19]	Kline R J, Mcgehee M D, Toney M F, 2006 Nature (London) 5 222

施引文献

[1]	Bao Z, Dodabalapur A, Lovinger A J 1996 Appl. Phys. Lett. 69 4108
[2]	Ong B S, Wu Y, Liu P, Gardner S 2004 J. Am. Chem. Soc. 126 3378
[3]	Sirringhaus H, Tessler N, Friend R H 1998 Science 280 1741
[4]	Tian X Y, Xu Z, Zhao S L, Zhang F J, Xu X R, Yuan G C, Li J, Sun Q J 2010 Chin. Phys. B 19 018103
[5]	Sirringhaus H, Brown P J, Friend R H, Nielsen M M, Bechgaard K, Langeveld-Voss B M W, Spiering A J H, Janssen R A J, Meijer E W, Herwig P, de Leeuw D M 1999 Nature (London) 401 685
[6]	Chang J F, Sun B, Breiby D W, Nielsen M M, Slling T I, Giles M, McCulloch I, Sirringhaus H 2004 Chem. Mater. 16 4772
[7]	Moulé A J, Meerholz K 2008 Adv. Mater. 20 240
[8]	Yang X, Lu G, Li L 2008 J. Mater. Chem. 18 1984
[9]	Kiriy N, Jhne E, Adler H J, Schneider M, Kiriy A, Gorodyska G, Minko S, Jehnichen D, Simon P, Fokin A A, Stamm M 2003 Nano. Lett. 3 707
[10]	Berson S, Bettignies R D, Bailly S, Guillerez S 2007 Adv. Funct. Mater. 17 1377
[11]	Park Y D, Lee H S, Choi Y J, Kwak D, Cho J H, Lee S, Cho K 2009 Adv. Funct. Mater. 19 1
[12]	Singh T B, Sariciftci N S 2006 Annu. Rev. Mater. Res. 36 199
[13]	Dimitrakopoulos C D, Mascaro D J 2001 IBM J. Res. & Dev. 45 11
[14]	Tao C L, Zhang X H, Dong M J, Liu Y Y, Sun Shuo, Ou G P, Zhang F J, Zhang H L 2008 Chin. Phys. B 17 281
[15]	Yuan G C, Xu Z, Zhao S L, Zhang F J, Jiang W W, Song D D, Zhu H N, Li S Y, Huang J Y, Huang H, Xu X R 2008 Chin. Phys. B 17 1887
[16]	Lan Y K, Huang C 2008 J. Phys. Chem. B 112 14857
[17]	Kim D H, Park Y D, Jang Y, Yang H, Kim Y H, Han J I, Moon D G, Park S, Chang T, Chang C, Joo M, Ryu C Y 2005 Adv. Funct. Mater. 15 77
[18]	Loo Y 2007 AIChE Journal 53 1066
[19]	Kline R J, Mcgehee M D, Toney M F, 2006 Nature (London) 5 222

[1]	郝蕊静, 郭红霞, 潘霄宇, 吕玲, 雷志锋, 李波, 钟向丽, 欧阳晓平, 董世剑. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件中子位移损伤效应及机理. 物理学报, 2020, 69(20): 207301. doi: 10.7498/aps.69.20200714
[2]	周幸叶, 吕元杰, 谭鑫, 王元刚, 宋旭波, 何泽召, 张志荣, 刘庆彬, 韩婷婷, 房玉龙, 冯志红. 基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理. 物理学报, 2018, 67(17): 178501. doi: 10.7498/aps.67.20180474
[3]	刘阳, 柴常春, 于新海, 樊庆扬, 杨银堂, 席晓文, 刘胜北. GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理. 物理学报, 2016, 65(3): 038402. doi: 10.7498/aps.65.038402
[4]	朱乐永, 高娅娜, 张建华, 李喜峰. 溶胶凝胶法制备以HfO2为绝缘层和ZITO为有源层的高迁移率薄膜晶体管. 物理学报, 2015, 64(16): 168501. doi: 10.7498/aps.64.168501
[5]	柴玉华, 郭玉秀, 卞伟, 李雯, 杨涛, 仪明东, 范曲立, 解令海, 黄维. 柔性有机非易失性场效应晶体管存储器的研究进展. 物理学报, 2014, 63(2): 027302. doi: 10.7498/aps.63.027302
[6]	董京, 柴玉华, 赵跃智, 石巍巍, 郭玉秀, 仪明东, 解令海, 黄维. 柔性有机场效应晶体管研究进展. 物理学报, 2013, 62(4): 047301. doi: 10.7498/aps.62.047301
[7]	刘兴辉, 张俊松, 王绩伟, 敖强, 王震, 马迎, 李新, 王振世, 王瑞玉. 基于非平衡Green函数理论的峰值掺杂-低掺杂漏结构碳纳米管场效应晶体管输运研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107302. doi: 10.7498/aps.61.107302
[8]	石巍巍, 李雯, 仪明东, 解令海, 韦玮, 黄维. 基于栅绝缘层表面修饰的有机场效应晶体管迁移率的研究进展. 物理学报, 2012, 61(22): 228502. doi: 10.7498/aps.61.228502
[9]	李斌, 刘红侠, 袁博, 李劲, 卢凤铭. 应变Si/Si1-xGex n型金属氧化物半导体场效应晶体管反型层中的电子迁移率模型. 物理学报, 2011, 60(1): 017202. doi: 10.7498/aps.60.017202
[10]	聂国政, 彭俊彪, 周仁龙. CuI/Al双层电极的有机场效应晶体管. 物理学报, 2011, 60(12): 127304. doi: 10.7498/aps.60.127304
[11]	田雪雁, 赵谡玲, 徐征, 姚江峰, 张福俊, 贾全杰, 陈雨, 龚伟, 樊星. 高分子有机场效应晶体管中退火引起的自组织微观结构变化的研究. 物理学报, 2011, 60(5): 057201. doi: 10.7498/aps.60.057201
[12]	王雄, 才玺坤, 原子健, 朱夏明, 邱东江, 吴惠桢. 氧化锌锡薄膜晶体管的研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037305. doi: 10.7498/aps.60.037305
[13]	田雪雁, 赵谡玲, 徐征, 姚江峰, 张福俊, 贾全杰, 陈雨, 樊星, 龚伟. 高分子有机场效应晶体管中半导体薄膜结晶行为及微观结构变化的研究. 物理学报, 2011, 60(2): 027201. doi: 10.7498/aps.60.027201
[14]	徐天宁, 吴惠桢, 张莹莹, 王雄, 朱夏明, 原子健. In2O3 透明薄膜晶体管的制备及其电学性能的研究. 物理学报, 2010, 59(7): 5018-5022. doi: 10.7498/aps.59.5018
[15]	刘玉荣, 陈伟, 廖荣. 低工作电压聚噻吩薄膜晶体管. 物理学报, 2010, 59(11): 8088-8092. doi: 10.7498/aps.59.8088
[16]	孙钦军, 徐征, 赵谡玲, 张福俊, 高利岩, 田雪雁, 王永生. 有机薄膜晶体管中接触效应的研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8125-8130. doi: 10.7498/aps.59.8125
[17]	陈跃宁, 徐征, 赵谡玲, 孙钦军, 尹飞飞, 董宇航. 最小二乘拟合计算有机薄膜晶体管迁移率的研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8113-8117. doi: 10.7498/aps.59.8113
[18]	刘玉荣, 王智欣, 虞佳乐, 徐海红. 高迁移率聚合物薄膜晶体管. 物理学报, 2009, 58(12): 8566-8570. doi: 10.7498/aps.58.8566
[19]	袁广才, 徐征, 赵谡玲, 张福俊, 许娜, 孙钦军, 徐叙瑢. 低栅极电压控制下带有phenyltrimethoxysilane单分子自组装层的有机薄膜晶体管场效应特性研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4941-4947. doi: 10.7498/aps.58.4941
[20]	汤晓燕, 张义门, 张玉明, 郜锦侠. 界面态电荷对n沟6H-SiC MOSFET场效应迁移率的影响. 物理学报, 2003, 52(4): 830-833. doi: 10.7498/aps.52.830

计量

文章访问数: 7114
PDF下载量: 610
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板