有机场效应晶体管由于低成本、柔性、与塑性基片兼容等优点及在平板显示器、传感器、智能卡、电子标签等方面的潜在应用而受到广泛关注。自1986年研制出首个有机场效应晶体管以来,人们一直致力于开发可以与无定形硅场效应晶体管的性能相比拟的高性能器件。尽管取得了一些进展,有机场效应晶体管领域还存在一些问题亟待解决。一方面,器件的性能还需要进一步提高;另一方面,目前还缺乏明确的有机薄膜结构-性能的关系。本论文以提高有机场效应晶体管的性能为目标,围绕有机薄膜的形貌、分子排列结构及载流子传输的相互关系进行研究,主要从以下几个方面展开工作:1.采用真空沉积方法,不同沉积压力下(10-4、10-3、10-2和10-1 Pa)分别在SiO2和OTS/SiO2基片上制得了酞菁铜(CuPc)膜,研究了其用于场效应晶体管的性能。实验结果表明,沉积压力对CuPc膜的形貌、分子排列结构和电性能都具有显著影响。具体来说,无论是在SiO2基片上还是OTS/SiO2基片上,当沉积压力由10-4 Pa提高到10-2Pa时,CuPc膜的晶粒大小几乎保持不变;进一步提高沉积压力至10-1 Pa时,晶粒大小则明显提高。SiO2基片上CuPc膜的层间距(D值)随沉积压力提高逐渐增大,而OTS/SiO2基片上CuPc膜的D值几乎不变。该结果得到了分子动力学模拟的合理解释。场效应测试结果表明CuPc场效应晶体管的迁移率与晶粒大小和D值密切相关,大的晶粒尺寸和D值有利于获得高的迁移率,因此高沉积压力下制得的器件具有较高的迁移率。发现了通过改变沉积压力简便地调控CuPc膜形貌和分子排列结构以优化器件性能的方法。除了证实文献中报道的晶粒大小对迁移率的作用,还发现了D值也是一个与器件的迁移率密切相关的重要参数。这些结果对有机场效应晶体管的基础研究和潜在应用均具有重要意义。2.通过在10-4～10 Pa范围内系统地调节沉积压力,研究了压力对并五苯膜的生长及性能的影响,发现沉积压力的改变可以显著影响并五苯膜的形貌、结构和相应场效应晶体管的性能。当沉积压力由10-4 Pa提高到2 Pa时,并五苯场效应晶体管的迁移率逐渐提高,这是由于并五苯薄膜的晶粒大小和D值的提高引起的。当进一步提高沉积压力到10 Pa时,并五苯膜变为无定形结构,器件的迁移率迅速降低到10-4 cm2·V-1·s-1。该结果提供了一个引导生长大晶粒、优化分子排列结构以构筑高性能并五苯薄膜场效应晶体管器件的方法,有助于深入认识有机薄膜结构-性能的关系以提高器件性能。3.并五苯场效应晶体管具有高的迁移率(>1 cm2·V-1·s-1)和开关比(>105),其性能已可与无定形硅场效应晶体管相当,因而受到广泛关注。但是,并五苯场效应晶体管的阈值电压一般较高(约-20 V),严重影响其实际应用。通过在源漏电极和并五苯有源层之间引入一个金属酞菁插入层的方法,有效提高了并五苯场效应晶体管的性能。引入2 nm金属酞菁插入层后,器件的迁移率提高了1.5-3倍,阈值电压从约-20 V降低到-7.6 V以下。器件性能的提高可以归因于引入酞菁插入层后载流子注入势垒的降低。该研究建议了一种简单有效的构筑高迁移率、低阈值电压的并五苯场效应晶体管的途径,有利于促进其实际应用。4.构筑和研究了具有pentacene/CuPc夹层结构的场效应晶体管器件。与顶接触的pentacene场效应晶体管的性能相比,pentacene/CuPc夹层结构的场效应晶体管可以同时实现器件迁移率的提高和阈值电压的降低。引入2 mn CuPc层后,器件的迁移率由0.43 cm2n·V-1·s-1提高到0.97 cm2·V-1·s-1,阈值电压由-17.9 V降低到-2.9 V,开关比保持在105的水平。研究结果提供一个简单方法以构筑具有高迁移率和低阈值电压特征的并五苯场效应晶体管,对实现其实际应用具有重要意义。