基于開爾文探針力顯微鏡的有機(jī)半導(dǎo)體器件研究.pdf

1、隨著功能納米材料與有機(jī)電子學(xué)的發(fā)展，有機(jī)半導(dǎo)體器件因其具備低成本、材料來源廣、可大面積制備以及可應(yīng)用于柔性基底等優(yōu)點(diǎn)而備受研究者們的青睞。目前，有機(jī)半導(dǎo)體器件的發(fā)展還處于起步階段，許多機(jī)理有待深入研究。電荷在器件中的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移、傳輸、復(fù)合、捕獲等行為是影響器件性能的本質(zhì)因數(shù)，而這些電荷行為歸功于材料的電學(xué)性質(zhì)和其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因此，分析器件中材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和對應(yīng)的電學(xué)性質(zhì)是研究器件機(jī)理的關(guān)鍵。開爾文探針力顯微鏡（Kelvin probe f

2、orce microscopy, KPFM）是一種能在納米尺度下同時(shí)獲得材料表面形貌和其對應(yīng)的電學(xué)性質(zhì)信息的技術(shù)，已被廣泛用于表征納米材料的功函、界面偶極、能帶彎曲以及電荷陷阱等電學(xué)性質(zhì)。本文運(yùn)用KPFM，研究了基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管（organic field-effect transistor, OFET）的納米浮柵型非易失性存儲器（non-volatile memories）和有機(jī)太陽能電池（organic solar cells,

3、 OSCs）兩種有機(jī)半導(dǎo)體器件體系，建立了多種從微觀上分析有機(jī)半導(dǎo)體器件中電荷行為的方法。
　　本文第一章詳細(xì)的介紹了KPFM技術(shù)的發(fā)展和原理，解釋了其測量結(jié)果的含義，并介紹了KPFM在有機(jī)半導(dǎo)體器件微觀機(jī)理研究中的應(yīng)用。
　　本文第二章以絕緣聚合物薄膜為體系，建立了運(yùn)用 KPFM探針在絕緣聚合物樣品上進(jìn)行電荷注入和測量的方法。本章首先通過分析儀器不同模式的工作特點(diǎn)，選擇了在峰值力輕敲模式下進(jìn)行電荷注入實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用 C語言編

4、程來精確控制探針行為以注電荷。然后，本章分析了環(huán)境因素和儀器參數(shù)對 KPFM測量結(jié)果的影響，從而對KPFM進(jìn)行電荷測量進(jìn)行了條件優(yōu)化。同時(shí)，本章還建立了高壓注電荷和高電勢測量的方法。
　　本文第三章運(yùn)用 KPFM對基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的非易失性存儲器中的納米浮柵層進(jìn)行電荷注入和測量，模擬了該器件工作過程中的微觀電荷行為。通過比較KPFM結(jié)果和器件測試結(jié)果，證實(shí)了該方法的可靠性，建立了從微觀上研究有機(jī)半導(dǎo)體器件中電荷捕獲機(jī)理的方法。

5、本章最后還搭建了針對有機(jī)場效應(yīng)晶體管的在位KPFM表征實(shí)驗(yàn)平臺，為研究處于工作狀態(tài)下的有機(jī)半導(dǎo)體器件的工作機(jī)制提供了一種方法。
　　本文第四章運(yùn)用 KPFM對全聚合物太陽能電池中體異質(zhì)結(jié)的相分離進(jìn)行了研究。通過分析CPD（contact potential difference）數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)KPFM不僅可以表征體異質(zhì)結(jié)表層的相分離，還能區(qū)分體異質(zhì)結(jié)的底部材料分布，這為納米結(jié)構(gòu)復(fù)合體系的面下成像提供了一種新的方法。本章還引入了參數(shù)Rq