探讨其结晶方向对51双三乙基矽烷基乙炔基双噻吩蒽有机薄膜电.docx

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探讨其结晶方向对51双三乙基矽烷基乙炔基双噻吩蒽有机薄膜电

探討其結晶方向對5,11-雙（三乙基矽烷基乙炔基）

雙噻吩蒽有機薄膜電晶體之特性

StudiesontheElectricalCharacteristicsof5,11-Bis

（triethylsilylethylnyl）anthradithiopheneOrganicThinFilmTransistorsbyCrystal-GrownDirection

專題生：

江艾樺（Ai-huaJiang）

指導教授：

郭欽湊（Prof.Chin-TsouKuo）

大同大學

化學工程學系

專題報告

DepartmentofChemicalEngineering

TatungUniversity

中華民國一百零一年十一月

Nov.2012

摘要

　　本實驗以Triethylsilylethylnylanthradithiophene（TESADT）作為半導體層材料，並使用定量吸管拖曳液滴的方式塗佈半導體層，來探討拖曳方向對TESADT跟元件電特性的影響。

由實驗得知，將液滴直接滴落於通道中間時，所測得的載子位移率是為最佳的，其mobility值為1.44×10-1cm2/Vs，on/offcurrentratio為2.60×104，VT為-4.2V。

而有方向的形況，則是夾角為45度之元件電特性最差。

目錄

摘要…………………………..………………………………………I

目錄………………………………………………………………….II

圖目錄………………………………………………………………IV

表目錄……………………………………………………………….VII

第1章簡介…………………………………………………………..1

1-1前言……………………………………………………...........1

1-2能帶理論………………………………………………...........2

第2章文獻回顧……………………………………………………..4

2-1有機薄膜電晶體（OrganicThinFilmTransistor，OTFT）……4

2-2電晶體之重要參數及公式計算……………………………….5

2-2-1載子位移率（Mobility）………………………………......5

2-2-2起始電壓（Thresholdvoltage,VT）………………….........7

2-2-3次臨界斜率（Subthresholdslope）………………………..7

2-2-4開關電流比（On/offcurrentratio）……………………...8

2-3結晶型態的控制……………………………………………….8

2-4雙（三異丙基矽烷基乙炔基）雙噻吩蒽………………………..9

2-5研究目的及動機……………………………………………11

第3章實驗………………………………………………………....12

3-1器材………………………………………………………....12

3-2步驟…………………………………………………………13

3-2-1OTFT元件之製備:

下接觸式元件（Bottom-contact）....13

3-2-2半導體成膜…………………………………………..17

3-2-3儀器原理及參數設定………………………………..18

第4章結果與討論………………………………………………..20

第5章結論………………………………………………………..36

參考文獻……………………………………………………………..37

圖目錄

Figure1-1Simplebandpictureexplainingthedifferenceamongthe（a）insulator,（b）semiconductor,and（c）metal[9]………………3

Figure2-1Schematicrepresentationsoffield-effecttransistor

architectures,（a）top-gatebottom-contact,（b）top-gatetop-contact,（c）bottom-gatebottom-contact,and（d）bottom-gatetop-contact[13]………………………………4

Figure2.2StructureofTIPS-PEN（a）andTES-PEN（b）………………..9

Figure2.3StructureofTESADT………………………………………10

Figure3-1ArchitectureofTESADTOTFT:

（a）sidelongglanceand（b）overlook…………………………………………………….16

Figure3-2FabricationprocessofTESADTthinfilmdepositedonthesubstrate.................................................................................17

Figure3-3AplotofpotentialenergyversusinternucleardistancefortheInteractionbetweentwoatoms……………………………..19

Figure3-4SchematicassemblyofanAFM……………………………19

Figure4-1OpticalmicroscopicimagesofTESADTdepositedwith（a）thenucleusinchannelandthecrystalgrew（b）perpendicular,（c）parallel,（d）diagonaltothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes………………………………………21

Figure4-2（a）Outputand（b）transfercharacteristicsoftheTESADTOTFTwiththenucleationinthechannel…………………..23

Figure4-3（a）2Dand（b）3DatomicforcemicrographimagesoftheTESADTthinfilmwiththenucleationinthechannel………….24

Figure4-4（a）Outputand（b）transfercharacteristicsoftheTESADTOTFTwiththecrystalgrewperpendiculartothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes……………………….26

Figure4-5（a）2Dand（b）3DatomicforcemicrographsoftheTESADTthinfilmwiththecrystalgrewperpendiculartothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes………………….27

Figure4-6（a）Outputand（b）transfercharacteristicsoftheTESADTOTFTwiththecrystalgrewparalleltothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes……………………….29

Figure4-7（a）2Dand（b）3DatomicforcemicrographsoftheTESADTthinfilmwiththecrystalgrewparalleltothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes……………………….30

Figure4-8（a）Outputand（b）transfercharacteristicsoftheTESADTOTFTwiththecrystalgrewdiagonaltothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes……………………….32

Figure4-9（a）2Dand（b）3DatomicforcemicrographsoftheTESADTthinfilmwiththecrystalgrewdiagonaltothecurrentflowbetweensourceanddrainelectrodes……………………….33

表目錄

Table4-1ElectricalparametersofTESADTOTFT…………………...35

第一章　簡介

1-1前言

　　自從Bell實驗室的Bardeen與Brattain[1]在1947年製造出世界第一個電晶體（transistor）以來，以無機半導體為材質如silicon（矽）與galliumarsenide（砷化鎵）之電晶體一向為半導體電子業的主流。

然而無機材料始終有不易彎曲及高成本的缺點。

因此軟性電子的概念慢慢出現，即以具可撓曲性的有機材料取代。

由於有機物具有可撓曲性、製程溫度低，低污染、輕薄等優點，若可以進行溶液製程更可以進一步降低成本。

因此，雖然有機電晶體在電性表現上無法完全取代無機物，但價格上的優勢使其有新的應用領域，例如射頻標籤、電子條碼、可撓曲式顯示器、電子紙等，這些產品也帶動了有機半導體的研究。

　　有機導電性高分子可取代傳統之無機半導體，其沉積程序較為簡易，並可進行大面積生產、低溫製程等特點，對於電晶體結構日趨複雜化的現在，無疑是一大突破。

　　有機場效電晶體（organicfieldeffecttransistor；OFET）又可稱為有機薄膜電晶體（organicthin-filmtransistor；OTFT），主要運作原理與無機的金氧半場效電晶體（MOSFET；metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor）相似，差別在於將無機材料以有機材料替代。

有機半導體大致可區分為鏈狀或網狀結構的高分子材料以及小分子；文獻中最早的有機固體可以導電的現象可追朔到1906年，科學家發現anthracene晶體的光電導特性[2]，並於1940年，有更多有機材料的研究[3]，共軛高分子的研究在1970年[4]才逐漸發展。

　　共軛導電高分子主要的特徵在於高分子主鏈是由交替的單鍵-雙鍵共軛鍵結（conjugatedbonding）而成，而有機半導體之所以能夠導電，主要是利用非定域化（delocalize）中混成軌域（hybrideo