摘要
有机场效应晶体管（OFETs）是未来低成本柔性有机集成电路的重要组成单元。有机半导体单晶的分子排列长程有序、没有晶界、结构缺陷少，更能满足高性能集成应用的要求。实现有机半导体单晶的阵列化组装，是OFET走向大规模集成应用的先决条件。精确图案化的有机半导体不仅可以避免相邻器件之间的串扰，减小漏电流，还可以轻松地实现与其他设备与器件的互联集成。有机半导体分子可溶性的优点，可以与高通量可连续的印刷方法兼容，实现低能耗、低成本的印刷制造有机电子器件和电路。高分辨率的图案化有机半导体能带来更高的集成度和更快的操作速度。因此，发展溶液法制备高分辨率有机半导体单晶的图案化与阵列化组装方法，探索其集成应用，对研究有机半导体材料的本征性质、拓宽有机半导体材料的实际应用领域具有重大的意义。 本文开发了一种新颖的印刷方法，实现了高分辨率的有机半导体单晶阵列化组装，并展示了低功耗有机场效应晶体管的频率响应以及有机互补电路应用，研究内容如下。 1.采用单层掩模板代替传统丝网印刷的丝网，在溶液剪切法得到的大面积有机半导体晶态膜表面印刷高分辨率水溶性抗蚀剂阵列，得到了空间分辨率低至30μm的有机半导体单晶阵列，小于常规喷墨打印的平均液滴尺寸。所有阵列图案来自于同一片晶体，因此具有高度一致的晶体质量和取向。图案化的OFET器件阵列展现出了极低的漏电流、1010的高开关比以及均匀的电学性能。 2.展示了有机半导体单晶阵列的低功耗应用，OFET器件可以在-3V的栅极电压下得到108的开关比，高于近期报道的低压OFET工作。高分辨率图案化得到的短沟道OFET有良好的频率响应，最高可以在20kHz的频率下观察到输出震荡信号。 3.采用溶液法制备了有机p-n异质结晶体并用上述方法对其进行了图案化。由于p型和n型有机半导体晶体都具有超薄结构，杂质和缺陷态的密度小，界面接触良好，因此表现出了高性能的平衡双极性电荷传输性能，并且可以在有机互补反相器中得到应用。
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