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[硕士论文] 吴少华
材料学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着新型高性能、高溶解性有机半导体材料的出现,溶液法被认为是实现大面积、低成本、高性能柔性印刷电子的最有效方法。纯的有机半导体材料性能单一,应用范围较窄,为了开发材料的新性能,满足各个方面的应用,与绝缘物共混的方法因易操作,低成本等优点被广泛使用。目前,溶液共混绝缘物的研究中主要使用的是聚噻吩类第二代有机半导体材料,第三代高性能D-A型共轭聚合物在共混体系中的相行为尚不明确,限制了这类材料的应用范围。本论文研究了D-A型半导体PBIBDF-BT与不同绝缘物共混中的相行为,以及制备的器件性能和传感特性,主要内容与工作如下:
  (1)研究了D-A型半导体PBIBDF-BT与不同绝缘物共混中的相行为和对器件性能的影响。原子力显微镜的表征结果证明:PBIBDF-BT可以与高分子量的聚苯乙烯(PS,Mn=140000g/mol)共混制备出超薄的半导体膜,与低分子量的聚己二酸丁二醇酯(PBA,Mn=2000g/mol)共混制备出多孔的半导体膜。器件性能测试结果发现:与PS的共混体系中,半导体浓度在2mg/mL以下时,器件的空穴性能随半导体浓度的增加而增加,与PBA的共混体系中,器件空穴和电子性能随PBA含量的增加先增加后降低。
  (2)研究了环状小分子BNCAB对双极型半导体PBIBDF-BT器件性能和环境稳定性的影响。器件性能测试发现:随着小分子BNCAB含量的增加,器件电子迁移率先增加后减小,器件开关比逐渐增大。BNCAB含量为10wt%时,器件表现出最高的电子迁移率(0.12cm2V-1s-1)和最大的开关比(106),同时器件的环境稳定性也得到增强。原子力显微镜表征结果发现:BNCAB含量为10wt%时,小分子与半导体相分离形成分层的效果。通过GIXRD和UPS两种表征手段,解释了双极型半导体器件电子性能增强,且环境稳定性增加的机理是共混膜中超薄的小分子层覆盖作用。
  (3)研究了多孔有源层OTFTs的传感特性以及有源层孔径与器件传感性能之间的关系。共混法制备出多孔有源层器件,软件分析有源层孔径的结果表明:共混物PBA含量从0wt%变化到50wt%,有源层孔径从0nm增加到154nm。相对湿度传感测试结果表明:多孔有源层孔径越大,传感器对相对湿度的响应越大,响应速度越快。多孔的结构让气体分子更容易扩散进入电荷传输层,从而得到高灵敏度(Ioff/Ion=415)和快速响应(Tres=0.68s)的OTFTs型湿度传感器。
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