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OTFT器件及气敏性能研究

作　者: 付嵩琦
导　师: 谢光忠
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 有机薄膜晶体管气体传感器 NO2 NH3 六噻吩
分类号: TN321.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

有机薄膜晶体管（OTFT）,又称为有机薄膜场效应管。因其具有低功耗、质量轻、体积小等优点自问世以来就受到研究人员的普遍关注。目前,OTFT被广泛地应用于传感器、存储卡和有源驱动平板显示等领域。本文以重掺杂的n型硅为衬底、SiO₂为绝缘层,分别以六噻吩（α-6T）和聚3-己基噻吩（P3HT）复合薄膜作为有源层制作了底栅极底接触结构的有机薄膜晶体管器件。在此基础上把器件应用于气体传感器,并测试了其对几种气体的响应特性,具体工作包含以下几个方面:1.采用真空蒸发法制备了六噻吩（α-6T）薄膜,研究了α-6T有机薄膜晶体管的电学性质。将制备好的六噻吩有机薄膜晶体管暴露在不同的气体中,研究了器件对各种气体的响应特性。结果表明α-6T-TFT传感器对NO₂、NH₃这两种气体表现出良好的响应特性。两种气体引起器件的漏源电流(I_DS)变化相反。α-6T-TFT传感器对甲醇、乙醇、仲丁醇这三种有机挥发性蒸汽的也具有一定的敏感性。2.采用旋涂法分别制备了P3HT薄膜和P3HT/单壁碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotubes,SWCNTs）复合薄膜。分别采用这两种材料为有源层制备了OTFT器件。比较这两种有源层器件的电学性质,结果表明,P3HT/SWCNTs薄膜晶体管的迁移率要高于P3HT-TFT。3.比较了P3HT/SWCNTs薄膜晶体管和P3HT-TFT对不同气体的响应。结果表明P3HT/SWCNTs薄膜晶体管对H₂S气体表现出良好的响应特性。而P3HT-TFT对H₂S并不敏感。另外,比较了P3HT-TFT和P3HT复合薄膜晶体管传感器对丙酮、甲醇、乙醇、正丁醇、异丙醇五种有机挥发性蒸汽的响应特性,结果表明,两种传感器对这几种气体都具有很好的响应性和恢复特性。但P3HT复合薄膜晶体管传感器的灵敏度要高于P3HT-TFT气体传感器。通过实验,还发现OTFT气体传感器的灵敏度可以通过选择合适的栅压来调制,这种优点是传统电阻式传感器所不具备的。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 OTFT 研究现状  11-14
  1.3 OTFT 优点及应用领域  14-15
  1.4 OTFT 存在的问题和发展前景  15-16
  1.5 OTFT 传感器国内外研究现状  16-18
  1.6 本论文的研究内容  18-20
第二章 OTFT 传感器结构设计及性能测试方法  20-32
  2.1 OTFT 传感器的结构  20-21
  2.2 OTFT 器件材料的选择  21-26
    2.2.1 OTFT 的衬底材料  21-22
    2.2.2 OTFT 的绝缘层材料  22-23
    2.2.3 OTFT 的电极材料  23
    2.2.4 OTFT 的有机半导体材料  23-26
  2.3 制备OTFT 传感器的工艺流程  26-29
    2.3.1 基片的清洗  26-27
    2.3.2 OTFT 基本结构的制备工艺  27
    2.3.3 有机半导体层的制备工艺  27-29
  2.4 有机半导体层的结构分析方法  29
  2.5 OTFT 传感器性能测试方法及装置  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章六噻吩-TFT 气体传感器的制备及性能研究  32-44
  3.1 六噻吩（α-6T）薄膜的制备和表征  32-33
    3.1.1 α-6T 薄膜的制备  32
    3.1.2 α-6T 薄膜的表征分析  32-33
  3.2 六噻吩-TFT 的特性测试  33-34
  3.3 六噻吩-TFT 的气敏特性测试  34-43
    3.3.1 六噻吩-TFT 对NO_2 气体的气敏特性测试  35-37
    3.3.2 六噻吩-TFT 对NH_3 气体的气敏特性测试  37-39
    3.3.3 六噻吩-TFT 对有机蒸汽的气敏特性测试  39-43
  3.4 气敏机理分析  43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 P3HT 复合薄膜OTFT 气体传感器的制备及性能研究  44-65
  4.1 P3HT 复合薄膜的制备与表征  44-46
    4.1.1 试验用材料及仪器  44
    4.1.2 P3HT 薄膜的制备  44-45
    4.1.3 P3HT 复合敏感薄膜的制备  45
    4.1.4 P3HT/SWCNTs 薄膜的表征  45-46
  4.2 P3HT 复合薄膜晶体管的性能测试  46-48
    4.2.1 P3HT 有机薄膜晶体管的特性测试  46-47
    4.2.2 P3HT/SWCNTs 复合薄膜晶体管的特性测试  47-48
  4.3 P3HT/SWCNTs-TFT 气敏特性测试  48-63
    4.3.1 P3HT/SWCNTs-TFT 对H_2S 气体的气敏特性测试  48-53
    4.3.2 P3HT/SWCNTs-TFT 对有机蒸汽的气敏特性测试  53-58
    4.3.3 P3HT-TFT 对有机蒸汽的气敏特性测试  58-63
  4.4 气敏机理分析  63
  4.5 本章小结  63-65
第五章结论和展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
攻读硕士学位期间的研究成果  73-74

OTFT器件及气敏性能研究

内容摘要

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