论文部分内容阅读
有机薄膜晶体管（organic thin-film transistor,OTFT）作为有机电子学领域内的一种基本电子元器件,具有材料来源广泛、制备工艺简单、与柔性及大面积衬底兼容等显著优点,近年来在柔性集成电路、物理及化学传感器、可穿戴器件等领域受到了广泛的研究关注。随着载流子迁移率的不断提升,OTFT的器件性能已经能够胜任诸多实际应用的需求,因而当前研究的重点正逐渐地由器件性能的优化向功能化应用的探索转移。其中,基于OTFT的气体传感器,由于其具有敏感材料设计灵活、信号放大、多参数检测等特点,在危险气体探测与智慧医疗领域具有广阔的应用前景。以往研究者主要围绕敏感材料的化学结构修饰、薄膜形貌调控、界面工程等方面对气体探测性能进行优化,然而,绝大多数的气体敏感层都由单一有机敏感材料组成,这极大地限制了其本征的气敏响应。因此,本工作中,我们将半导体聚合物/宽带隙共轭聚合物混合的方法引入OTFT型气体传感器中,研究了混合体系对器件性能及气敏特性的影响。研究内容主要包括以下三个部分:1.基于聚3-己基噻吩（poly（3-hexylthiophene）,P3HT）/聚9-乙烯基咔唑（poly（9-vinylcarbazole）,PVK）混合体系,通过调节敏感层中的混合比例,我们发现当质量比为1:1时,器件对二氧化氮（NO2）的响应在整体气体浓度范围内得到了最为显著的提升,而此时的材料成本下降为纯P3HT器件的1/8;同时,该器件具备良好的工作稳定性、可重复性、可低压工作能力与气体选择性等优异特性。2.基于P3HT/（poly[N,N?-bis（4-butylphenyl）-N,N?-bis（phenyl）benzidine],poly-TPD）混合体系,我们发现随着体系中poly-TPD含量的增加,混合器件在整体气体浓度范围内对NO2的气敏响应逐渐增大。特别地,当poly-TPD的质量占比为90%时,电流响应度的提升最为明显,最终实现了242.6 ppb的极限探测灵敏度;同时,器件具备良好的气体选择性与一定的环境稳定性。3.上述两种混合体系的研究中,当栅极电压由-40 V切换为0 V时,器件对NO2的响应得到了进一步的提升、功耗大幅降低,我们从多级陷阱-释放模型与栅压调节沟道深度的两种理论角度,对栅压调控气敏响应的机理进行了分析。综上所述,本工作研究了聚合物混合体系对OTFT器件性能及气体传感性能的影响,并探究了栅极电压对气敏响应的调控,为OTFT型气体传感器领域的敏感材料选择、低电压操作及性能优化提供了新的思路。