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基于溶液法加工的有机薄膜晶体管（organic thin-film transistor,OTFT）由于其可采用低成本印刷工艺按需制造、良好的机械柔韧性和不断提升的器件性能已经取得了世界范围内的广泛关注,体现出在包括传感器、射频识别（radio frequency identification,RFID）标签、智能存储、医疗电子、柔性显示背板、可穿戴设备等领域的巨大应用潜力。近些年来,随着新型高性能半导体材料和溶液法工艺的不断发展,溶液法OTFT的场效应迁移率（mobility,μ）已经远远超过传统非晶硅（amorphous silicon,a-Si）TFT,能够满足大部分低成本应用的要求。然而,现阶段报导的溶液法OTFT器件的工作电压大多为几十伏特,极大影响了OTFT的实际应用。为了促进OTFT的实际应用,如何在面向可低成本印刷工艺制备的前提下,结合器件物理分析、结构选择、材料匹配和界面优化来降低器件的工作电压至关重要。在降低OTFT器件工作电压的同时,如何提高器件的空气稳定性也是现阶段让OTFT可实用化的关键挑战所在。本论文工作将致力于研究解决上述OTFT所面临的关键问题,研究如何面向低成本可印刷工艺,降低OTFT器件的工作电压,提高OTFT器件的空气稳定性,并探索OTFT进一步电路/系统集成相关问题。本论文基于的OTFT器件结构通过器件仿真分析和工艺上的考虑确定为底栅底接触（bottom-gate bottom-contact,BGBC）结构。为了降低OTFT器件的工作电压,关键在于减小其亚阈值摆幅（subthreshold swing,SS）。OTFT的SS由栅极绝缘层单位面积电容（Ci）和有效半导体层/绝缘层界面缺陷态密度(NSS)决定。由于溶液法工艺的特殊性和材料的限制,常用的通过增大Ci来降低SS的途径并不适合实际应用。本论文通过采用一种小分子半导体6,13-双（三异丙硅基乙炔基）并五苯（TIPS-pentacene）和绝缘聚合物聚苯乙烯（PS）的共混半导体材料体系,利用两种材料的溶解度参数差异产生相分离来改善半导体结晶从而降低NSS,可以在较小的Ci的情况下实现低电压OTFT器件。通过上述途径,在407 nm厚的聚乙烯醇（poly（vinyl alcohol）,PVA）绝缘层上制备的OTFT器件的SS仅为100mV/decade,成功实现低电压OTFT（<3 V）器件。进一步通过采用不同的半导体加工工艺和绝缘层材料,都能够成功制备出低电压OTFT器件,证明了通过降低NSS途径来取得低电压OTFT器件良好的通用性。基于此低电压OTFT器件,本论文进一步研究了从单个器件到实现电路集成的关键问题。首先,在上述较厚的栅极聚合物绝缘层下,验证了改变栅极功函数进行阈值电压调制,并实现高性能双阈值电压反相器电路的可能性。然后,本论文成功将喷墨打印银电极集成到此器件结构中,研制出了在柔性塑料聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylene naphthalate,PEN）上的全溶液法工艺制备的低电压OTFT器件和反相器。更进一步,本论文通过研究影响OTFT稳定性的相关因素,证明了绝缘层的重要作用,并通过采用非极性疏水绝缘层材料聚乙烯醇肉桂酸酯（poly（vinyl cinnamate）,PVC）,研制出了空气稳定的全溶液法柔性低电压OTFT器件。由于OTFT器件没有制备额外封装层,其裸露在空气中的半导体层可以直接用来做敏感层从而实现OTFT传感器件。得益于器件的低电压工作特性和良好的空气的稳定性,通过和硅基读取电路相集成,本论文成功研制了首例基于全溶液法柔性OTFT器件的应用实例-锂电池供电的氨气传感器系统。该系统被证明能够在普通大气环境下实现可靠的氨气检测功能,且OTFT的传感标签的直流功耗低达50nW。最后,本论文对采用全喷墨打印工艺实现低电压OTFT器件展开了研究。通过合理的器件结构设计,材料选择和工艺优化,并结合本论文实现低电压器件相关结论进行研究分析,在柔性衬底PEN上成功研制了首例基于全喷墨打印工艺制备的低电压OTFT器件,证明了本论文研制的低电压器件体系与印刷工艺良好的兼容性。