聚合物薄膜晶体管的性能优化及应力效应分析

论文摘要

聚合物薄膜晶体管（PTFT）因具有广阔的应用前景而备受关注。在众多的PTFT器件中,聚三已基噻吩（P3HT）薄膜晶体管因具有相对较高的迁移率、较大的开关电流比而成为研究的热点。但与硅基TFT器件相比,P3HT-PTFT迁移率相对偏低、阈值电压偏大、工作电压偏高、可靠性及稳定性偏差等因素而制约其实际应用。因此本文尝试对栅介质层表面修饰以提高器件的迁移率,引入高K栅介质HfO2以降低器件的阈值电压和工作电压,对器件的应力效应分析以揭示器件性能不稳定性的内在因素,这对PTFT的发展和应用有着重要意义。本文以P3HT聚合物薄膜作为半导体有源层,热生长SiO2作为栅介质层,高掺杂Si单晶片作为栅电极,Au作为源、漏电极,并通过十八烷基三氯硅烷（OTS）修饰液对栅介质表面改性,在空气环境下成功制备出高性能的P3HT-PTFT,结果表明采用OTS栅介质表面修饰有效提高了P3HT-PTFT的器件性能,有效场效应迁移率提高近两个数量级,达到了10-2cm2/V.s.本文对P3HT PTFT器件的工作状态稳定性进行了系统研究,重点分析了该器件在栅偏压应力、漏偏压应力作用下器件性能的不稳定性及其机理。结果表明,该器件在偏压应力作用下主要表现为:阈值电压漂移,关态电流变大,而迁移率基本保持不变。阈值电压漂移的方向与栅偏压应力方向有关,对于负栅压应力,阈值电压向左漂移,而对于正栅压应力,阈值电压则向右漂移,这主要是因为在负栅压应力作用下栅介质层及界面陷阱态对空穴陷阱所致,而在正栅压应力作用下栅介质层及界面的陷阱态对电子陷阱所致;对于漏偏压应力,阈值电压则向右漂移,这是因为有源层在横向电场作用缺陷增加以及陷阱态对空穴陷阱作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机晶体管的研究进展及现状
• 1.3 有机薄膜晶体管
• 1.3.1 有机薄膜晶体管的基本结构
• 1.3.2 有机薄膜晶体管的有源层材料
• 1.3.3 有机薄膜晶体管的栅绝缘材料
• 1.3.4 有机薄膜晶体管的电极材料和衬底材料
• 1.4 有机场效应晶体管目前存在的问题
• 1.5 本文的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 聚合物薄膜晶体管相关基础知识
• 2.1 聚合物薄膜晶体管的工作机理
• 2.2 P3HT-PTFT 的主要制备技术
• 2.2.1 高纯水的制备技术
• 2 的制备技术'>2.2.2 热氧化SiO₂的制备技术
• 2.2.3 电极的制备技术
• 2.2.4 P3HT 有源层的制备技术
• 2 的制备技术'>2.2.5 高K 栅介质HfO₂的制备技术
• 2.3 P3HT-PTFT 的测试技术
• 2.3.1 电学性能测试技术
• 2.3.2 薄膜结构及表面形貌测试技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 聚合物薄膜晶体管栅介质表面修饰
• 3.1 栅介质层表面修饰技术
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 衬底清洗
• 3.2.2 热氧化
• 3.2.3 去除背面氧化层
• 3.2.4 旋涂甩膜
• 3.2.4.1 溶液的配置
• 3.2.4.2 旋涂甩膜
• 3.2.5 蒸镀电极
• 3.2.6 制作保护层
• 3.3 器件性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 高K 栅介质聚合物薄膜晶体管
• 2'>4.1 高K 栅介质HfO₂
• 4.2 实验过程
• 2 薄膜的分析'>4.3 高K 栅介质HfO₂薄膜的分析
• 2 薄膜的XPS 分析'>4.3.1 HfO₂ 薄膜的XPS 分析
• 2 栅介质的介电能力分析'>4.3.2 HfO₂栅介质的介电能力分析
• 4.4 器件性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 聚合物薄膜晶体管的应力效应分析
• 5.1 应力测试技术
• 5.2 栅应力效应分析
• 5.3 漏应力分析
• 5.4 栅漏混合应力分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件