有机薄膜晶体管研发及应用态势分析

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第33卷第6期 行业资讯 79 .市场与技术. 有机薄膜晶体管研发及应用态势分析 文/王晓刚 重庆化工职业学院 摘要:介绍了有机薄膜晶体管(OTFT)在导电机制、稳定性以及高速器件制备等方面的研究动态,阐述了OTFT 的市场规模以及在有机RFID标签等多个领域的应用态势。

关键词:有机薄膜晶体管;

研发动态;

应用态势;

导电机制:稳定性;

市场规模 半导体是电子领域中具有基础性、战略性、前沿性的材料,聚合物半导体是半导体材料的重要分支,由 其制备的有机薄膜晶体管(OTFT)由于质量轻、成本低,可大面积制备和可应用于柔性基底的特点,在逻 辑电路、柔性显示、射频电子标签、传感器等方面具有重要应用价值。

1材料及器件研发动态 在20世纪70年代末,有三位科学家首次发现, 之前一直认定为不导电的聚合物,在某些特定的条件 下也能导电,他们因此获得了2000年诺贝尔化学奖。

研究就从未停止。

与小分子材料相比,聚合物材料具有更好的溶液加工性,更好的力学性能和热力学稳定性。

高性能有机 半导体材料是OTFT的核心组成部分,是有机晶体管应用的基础。

半导体聚合物导电机制的研究对于制备 OTFT非常重要。

2013年10月,美国斯坦福大学的研究者公布了一项研究成果,通过包含有分子尺度的多 相结构的理论模型,来促进理解、预测并提升半导体聚合物的导电性能。

借助这一模型可发现,半导体聚合 物中不同组成部分的导电速率各异,究其原因,这种速率差异是因聚合物的各组成部分如同一团乱麻混杂在 自此,研究人员对聚合物的导电机理以及制备技术的 一起,比硅和其他无机半导体结构更加无序,这种使半导体聚合物能够弯曲的纠缠结构削弱了其导电能力, 致使电子流过系统各部分的速度有所差异。

新模型能指导实现半导体聚合物的柔韧性和导电能力的均衡,借 助模型采用一些简单的算法,即可控制聚合物生产的过程,以设计出电学性能更优的材料。

在性能稳定性机制的研究方面,复旦大学的研究团队取得了突破,并于2014年初对外公布了研究结果。

针对目前OTFT稳定性差的现状,复旦大学的研发团队找到了问题的一个根源。

研究发现,空气中的水分子(H20) 和氧分子(02)会与有机薄膜载流子直接接触,在电压作用下产生电化学反应。

研究团队把这一现象形象地描述 为:若把电流比作水流,OTFT中的某些杂质就如同“海绵”,时而不断吸收水分,迫使水流中断:时而“海绵” 又突然收缩,挤出大量水分,使流量失控。

若是能控制“海绵”(杂质)的数量以及吸水能力,就能突破性地提高 这一材料的稳定性。

为此研究团队进行了多项实验,并在采用碳纳米管掺杂修饰有机材料的性能上取得了成果, 显著改善了OTFT的电学性能。

经五年多的尝试,该科研团队己能将有机薄膜的迁移率从10。

4cm2?V-1?S一提 高至约10 cm2?V-1?s-1,提升了四个数量级,已接近多晶硅的水平,达到了实用化的量级。

2014年初,美国内布拉斯加林肯大学以及斯坦福大学的研究人员,制备了据称是当今运行速度最快的 OTFT,该研究团队革新了传统生产技术,大幅提高了所制OTFT的载流子迁移率,其指标已达到价格昂贵、 基于硅技术所制产品的水平。

当前,制造OTFT的工艺采用传统涂布法,即先在旋转的盘片上滴落由富碳分子 和互补塑料组成的复合溶液,而后通过旋转,让复合溶液均匀散布在盘片上形成薄膜。

改进的工艺称为“偏心 旋转涂布”法,通过加快盘片的旋转速度,将之前的大转盘换为一块只有邮票大小的玻璃,以减少涂布面积并 增加密度,这极大地改善了所制oT丌的载流子迁移率,其性能远超传统的有机半导体,由其制造的高性能 OTFT,肉眼可视透明度为90%,达到了高端电子产品所使用的多晶硅的技术水平。

若进一步改进工艺,有望 精确控制有机材料的涂布阵列,使载流子的迁移率更加均匀,用于制造廉价、高性能透明电子设备的基础材料。

目前,采用超薄塑料衬底以及其他相应的技术手段,有机场效应晶体管的最小弯曲曲率半径己降至100微米。

近日,有研究人员又成功将有机场效应晶体管的柔性指标一弯折曲率半径降低了一个数量级,达到5微米。

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