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有機晶體管
鎖定
有機薄膜晶體管(OTFT)的綜合性能已經達到商用非晶硅水平，其鮮明的低生產成本和高功能優點已顯示出巨大的市場潛力和產業化價值。有機薄膜晶體管將很快成為新一代平板顯示的核心技術。有機薄膜晶體管(OTFT，organic thin film transistor)的基本結構和功能與傳統的薄膜晶體管(TFT)基本相同，不同的是它採用了有機半導體作為工作物質。與現有的非晶硅或多晶硅TFT相比，OTFT具有以下特點：加工温度低，一般在180℃以下，不僅能耗顯著降低，而且適用於柔性基板；工藝過程大大簡化，成本大幅度降低，氣相沉積和印刷打印兩種方法都適合大面積加工；材料來源廣泛，發展潛力大，同時環境友好。這些特點符合社會發展和技術進步的趨勢，因此，它的出現和進展在國際上引起廣泛關注，很多大公司和研發機構競相投入研發，特別是歐洲已形成研發聯盟，OTFT的性能(載流子遷移率)以平均每兩年提高十倍的速度在發展，綜合性能已經達到了商業上廣泛使用的非晶硅TFT水平(0.7平方釐米每伏秒)。可以説，有機薄膜晶體管將成為新一代平板顯示的核心技術。
- 中文名
- 有機晶體管
- 外文名
- organic transistor
- 簡 稱
- OTFT
- 特 點
- 環境友好
- 應 用
- 半導體等
有機晶體管簡介
近年來，對有機薄膜晶體管(OTFT)器件的研究和應用取得了長足的進展，作為下一代新的顯示技術備受人們的關注。與無機薄膜晶體管相比，OTFT具有更多的優點：首先有更多更新的製作有機薄膜的技術，如分子自組裝技術、真空蒸鍍、噴墨打印等：其次在製作有機薄膜的過程中，對氣體的條件和純度的要求比較低，從而簡化了製作工藝，降低了生產成本。同時，使用有機材料不但可以製作尺寸更小的器件，而且還可以通過適當地修飾有機分子結構來改善OTFT器件的性能。除此之外，OTFT器件還具有很好的柔韌性，攜帶起來更加方便。有研究表明，對“全有機“晶體管(全部用有機材料製成的晶體管)進行適度地扭曲或彎曲，並不會明顯地改變器件的電學特性，這種優良的特性進一步拓寬了OTFT的使用範圍。
有機晶體管結構
OTFT器件的結構一般由柵極、絕緣層、有機有源層、源/漏電極構成，一般可以分為兩類，即頂部電極結構和底部電極結構。頂部電極結構是將源/漏電極完全沉積在有機有源層上面。底部電極結構是將源/漏電極完全沉積在有機有源層下面。一般來説，用同種材料構成的頂部電極結構式OTFT器件的性能比底部電極結構式OTFT器件的性能優越，因為項部電極結構OTFT器件的歐姆接觸電阻小，場效應遷移率高，在一般的OTFT器件中都採用項部電極結構。但是相對於頂部電極結構OTFT器件，底部電極結構OTFT優點是更容易製造出高分辨率的顯示器件，在高分辨率OTFT顯示器件中多采用底部接觸式的結構。
柵極絕緣層一般分為無機絕緣層和有機絕緣層。常用的無機絕緣層有：SiO：、SiNX等。常用的有機絕緣層有：並五苯(Pentacene)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚酰亞胺(P1)、丙烯(AcwI)等。在柔性塑料基板上製作OTFT，一般選擇有機柵極絕緣層，因為有機材料的性能與塑料基板及其TFT層之間的熱膨脹係數能更好得匹配。在OTFT器件中，PVP是最常用的有機柵極絕緣層材料，還有其它的一些有機絕緣層材料，其性能如表1所示。在有機有源層中，最常用的有機材料是並五苯，它是發現的性能最好的有機有源層材料。隨着實驗研究的不斷進展，以Pen—tacene薄膜為材料製備OTFT器件的性能可以和非晶硅器件相媲美，甚至某些性能超越非晶硅。並五苯是5個苯環並列形成的稠環化合物，一般可以通過氣相沉積法製作，而其它的一些有機材料，如聚3一己基噻吩、聚芴基聚合物、 聚噻吩可以通過溶液工藝製作
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有機晶體管相關新聞
對有害化學物質的檢測在環境保護、食品安全、醫療衞生、工業生產以及國防軍事等方面都至關重要，而對光、温度與壓力的靈敏感知在人工智能、人機界面、智能機器人、人工電子皮膚、可穿戴設備等前沿科研領域也極其重要。基於場效應晶體管的傳感器兼具傳感與信號放大的功能，具有簡單便攜、高靈敏和高選擇性等優勢，並且部分有機半導體材料具有可以生物兼容和降解的潛力，因而有機晶體管傳感器在上述科研與應用領域大有用武之地。
同濟大學材料科學與工程學院黃佳教授在上海市科委基礎處重點研發課題和國家自然科學基金等項目的資助下，在有機晶體管傳感器以及綠色、生物安全柔性電子器件方面取得了一系列的重要進展。部分研究成果發表於《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)《先進材料》(Advanced Materials)《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)《ACS納米》(ACS nano)以及《先進科學》(Advance Science)等高水平的國際著名期刊。
課題組助理教授吳小晗博士近年來在國家自然科學基金項目以及上海市科委人才項目“揚帆計劃”的資助下，發表SCI論文10餘篇，部分成果以第一/共同通訊作者發表於《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)（2篇）《先進科學》(Advance Science)（2篇）以及《材料化學雜誌A》(Journal of Materials Chemistry A)等高水平期刊。
在有機晶體管化學傳感器的研究發展過程中，對氣體和液體的傳感探測先後被實現，但是對固體粉末樣品的快速直接檢測一直未能實現。而對固體粉末中的有害化學物質的檢測，例如對奶粉中的三聚氰胺的快速直接檢測，具有較大的科學意義和應用價值。黃佳課題組設計製備了新型的基於肩並肩有機二極管結構的傳感器，實現了對微量固體化學物質在粉末樣品的靈敏檢測，可以在接觸樣品後有效檢測到固體粉末中含有的遠低於我國食品安全標準的極低濃度的三聚氰胺。研究成果最近發表於化學領域國際頂級期刊《美國化學會志》。
課題組還設計製備了微納孔有機場效應晶體管氣體傳感器，利用氣體分子與場效應晶體管導電溝道快速相互作用的機理，顯著提高了傳感器的靈敏度。對氨氣的響應靈敏度超過340% /ppm，能對濃度低於億分之一的氨氣表現出明顯響應，其檢測極限是論文發表時同類器件的最高記錄，成果發表於材料領域著名期刊《先進功能材料》[Advanced Functional Materials. (2017)27, 1700018. 影響因子12.1]。此外該課題組還與環境學院李卓老師合作，實現了對飲用水中極低濃度的消毒副產物的有效監測，研究成果最近發表於《材料化學雜誌A》[Journal of Materials Chemistry A. (2017) 5, 4842. 影響因子8.9]。
在光敏傳感器的研究領域，黃佳課題組利用無機鈣鈦礦量子點與有機半導體複合材料的性能互補優勢，成功製備了有機光敏晶體管，能同時展現超過10000A/W的光響應、大於1014Jone的光感極限、和優異的穩定性，實現了以往的研究中很難獲得的多參數協同高性能，研究成果剛被材料領域頂級期刊《先進材料》[Advanced Materials.(2017) Accepted, DOI: 10.1002/adma.201704062. 影響因子19.8]接收
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- 參考資料
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- 1. 劉翔, 鄧振波, 王章濤,等. 有機薄膜晶體管(OTFT)的研究進展[J]. 現代顯示, 2007, 18(12):54-60. ．萬方 [引用日期2018-01-19]
- 2. 同濟大學有機晶體管傳感器研究取得系列重要進展 ．搜狐新聞網[引用日期2018-01-19]
