浸渍提拉法制备C8-BTBT薄膜及其晶体管性能

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aiyi23_2008
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作为柔性电子材料中最具代表性的材料,有机电子材料以质量轻、高柔性和分子可设计等优点逐渐在生物、穿戴设备、能源以及传感器领域被逐渐重视。提升有机器件的性能,除了在设计合成有机分子方面入手外,如何制备高质量有机薄膜同样是提升器件性能得关键。近年来,随着可溶性有机半导体分子研究的进步,溶液法因其不需要真空工作,可大面积、低成本制备等优点成为领域内研究重点。提拉法恰恰是一种在特定条件下能够制备高取向性、高均匀性薄膜的一种溶液法手段,但目前对其成膜机理,最佳条件的选择等研究还很欠缺。因此本文以C8-BTBT作为研究对象,对不同条件提拉薄膜的形貌与厚度进行研究。论文主体分为三个部分进行研究与讨论。第一部分,首先研究不同提拉速度下的薄膜形貌演变规律,并对薄膜的形成机制给出了解释。由于提拉时有弯月面和夹带两种形式,分别由蒸发和液膜所主导,使得薄膜厚度随提拉速度先减小后增大。两种形状之间存在转换速度,转换速度15mm/min。在此速度下,因为液膜最薄,所以薄膜最薄。同时,此速度下夹带很薄还会通过空间限制作用使晶体几乎沿同一方向生长,使最终薄膜形貌取向性和均匀性最好。超过此速度形成的薄膜,提拉液面是液膜主导,而由于此形状下随着提拉速度的增加会使薄膜厚度增厚,组装过程晶体失去限制以及组装时间的减小,使得薄膜的均匀性逐渐变差;小于转换速度液面是蒸发主导的弯月面形式,此时提拉形成的薄膜由于在提拉时会发生滑移粘滞现象,薄膜会出现大面积缺陷。提拉时溶液的最佳浓度为3mg/ml,小于此浓度形成条纹不完整,超过此浓度,有机分子堆积过密,薄膜不均匀。第二部分,研究提拉法制备有机场效应晶体管的器件性能,发现溶液浓度越高,器件性能越好。15mg/ml的溶液中,速度为15mm/min的薄膜晶体管迁移率可以达到1.03cm2/Vs其原因是浓度大,速度快时,提拉出的薄膜厚度最厚,而器件内能提供的载流子数量随厚度增加而增加。而浓度是3mg/ml,提拉速度为15mm/min的薄膜由于最薄,迁移率只有0.27cm2/Vs。同样,在3mg/ml下,以90mm/min速度提拉薄膜厚度增加,迁移率可以达到0.54cm2/Vs。第三部分,采用真空蒸镀法与提拉法结合,解决提拉法薄膜厚度不足的问题。在提拉C8-BTBT薄膜的基础上,再进一步真空蒸镀C8-BTBT薄膜。蒸镀过程中,C8-BTBT分子会先使薄膜条纹变厚和变宽,最后使得条纹融合,增加厚度,还能保持原有提拉法薄膜的取向性。用此方法制备的器件迁移率达到了1.53cm2/Vs,均高于提拉法和真空蒸镀法获得的器件。综上所述,提拉法可以作为一种获得高取向性,均匀性薄膜的一种手段;而运用提拉法与真空蒸镀结合的方法可以在保持其高取向性薄膜的同时,增加其厚度,使得器件性能进一步提高。
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