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一、课题来源及研究的目的和意义
当前，以无机半导体材料为主体的各种光显示器件已经在军事、医学、工农业生产、通信、信息处理、文化艺术、科研等各个领域均得到了广泛应用。随着社会需求的多样化和科学研究的不断创新，有机半导体材料(包括小分子材料和聚合物材料)因其光电性能优异、生产成本低廉、加工工艺简单、选材范围宽广、机械性能良好等多方面的优点受到了越来越多研究人员青睐和产业界的关注，以有机半导体材料为基础开展的科学研究和生产应用方面的工作成果丰硕，使得有机半导体光电器件逐步具备了与传统无机半导体光电器件竞争的潜在优势。有机薄膜晶体管(Organic Thin-Film Transistor,OTFT)就是重要的有机半导体器件之一，其研究工作进展迅速并引起了人们的广泛关注。目前有机晶体管已经应用于环形振荡器的逻辑门、有机柔性显示器、显示器有源驱动电路、有机传感器、存储器、电子书等等。
与无机晶体管相比，有机薄膜晶体管具有下述主要优点:有机薄膜的成膜技术更多、更新，如Langmuir-Blodgett(LB)技术、分子自组装技术、真空蒸镀、喷墨打印等，从而使制作工艺简单、多样、成本低;器件的尺寸能做得更小，集成度更高，分子尺度的减小和集成度的提高意味着操作功率的减小以及运算速度的提高;以有机聚合物制成的晶体管，其电性能可通过对有机分子结构进行适当的修饰而得到满意的结果;有机物易于获得，有机场效应管的制作工艺也更为简单，它并不要求严格的控制气氛条件和苛刻的纯度要求，因而能有效地降低器件的成本;全部由有机材料制备的所谓“全有机”的晶体管呈现出非常好的柔韧性，而且质量轻，携带方便。有研究表明，对器件进行适度的扭曲或弯曲，器件的电特性并没有显著的改变，良好的柔韧性进一步拓宽了有机晶体管的使用范围。
OTFT迁移率和开关电流比是其两个重要的参数：晶体管的迁移率越大，实际运作速度越快;开关电流比越大，所驱动的器件的对比度越好。有机薄膜晶体管对所用的有机半导体材料有着特殊的要求：高迁移率、低本征电导率。高迁移率是为了保证器件的开关速度，低本征电导率是为了尽可能地降低器件的漏电流，从而提高器件的开关比，增加器件的可靠性。按照材料传输载流子电荷的不同，可分为N型半导体材料和P型半导体材料。目前用于有机薄膜晶体管的N型材料主要以富勒烯(C60)为代表。它的电荷迁移率远高于其他N型材料，利用这种材料制备的有机薄膜晶体管的迁移率可以达到0.1 cm2/V•s，开关电流比超过105。其他材料有C70、四羧酸类材料等，但性能并不理想。同时由于这类N型半导体材料对空气和水比较敏感，所以制备的器件的性能不稳定。多数有机材料都是P型半导体，金属配合物、寡聚材料、聚合物。酞菁类化合物是制备OTFT最早使用的材料，也是常用材料之一。通过取代中间的金属，可以得到各种配位化合物，所制备的器件的迁移率在10-4～10-2cm2/V•s的范围内。
目前，以小分子作为半导体活性层的有机薄膜晶体管通常具有相对高的场效应迁移率，可达1-10cm2/V•s，最近报道了一种用高纯并五苯单晶制作的OTFT,其迁移率高达35cm2/V•s。与小分子薄膜晶体管相比，聚合物薄膜晶体管尽管迁移率相对较低，但因其制备方法简单、成本低廉以及特别适合于制备大面积器件等优势亦倍受关注近年来，各种可溶性聚合物材料相继被开发，性能不断提高，其中聚噻吩类聚合物半导体具有相对较高的载流子迁移率。Sirringhaus等报道了采用聚三已基噻吩(P3HT)作半导体层，并通过界面修饰制备的OTFT器件场效应迁移率高达0.1 cm2/V•s，开关电流比为106。然而，由于这类半导体聚合物材料在空气中易氧化掺杂使器件特性快速退化，导致器件的制作和测试通常应在N2气氛保护或真空环境下进行，从而大大限制其实际应用。聚合物半导体薄膜的成膜质量以及栅介质层与聚合物半导体薄膜间的界面性质对OTFT电特性起决定性的作用。迄今为止，研究者们已采取多种方法改善成膜质量及界面特性以提高器件的电性能，比如在不同气氛和温度下对聚合物薄膜退火处理、采用栅介质层表面修饰以及复合栅介质结构。本文就从可溶性聚合物材料入手，通过采用不同的栅介质绝缘层材料和界面修饰材料，从而提高聚合物薄膜晶体管的性能。
二、国内外研究现状、主要研究内容、研究方法和研究思路(3000字左右)
国内外研究现状：
早在1964年就首次在酞菁铜薄膜上观察到场效应特性，随后在1983年首次在聚合物-聚乙炔薄膜中观察到场效应现象，在1984年还测出一种有机染料薄膜的迁移率为1.5×10-5cm2/V.s但是直到在1986年Tsumura等人才报道了基于电化学聚合的聚噻吩有机薄膜晶体管器件，这一般被认为是真正意义上可应用于有机电子电路的基本单元器件，也被认为是第一个有机薄膜晶体管器件，报道中得到了比较全面的器件参数，如场效应迁移率约为10-5cm2/V.s,阈值电压为-13V，开关电流比大于102等。此后在世界众多科学家的努力下，有机薄膜晶体管的性能得到不断提高，特别是最近几年更是取得了突破性的进展，其性能已达到和超过了a-Si:H TFT的水平。如今有机薄膜晶体管具有非常好的发展和应用前景。
随着有机薄膜晶体管在不断更新，无论是材料，还是结构都得到了很大的改善。总的来说，这二十多年间的有机薄膜晶体管的发展大致经历了三个阶段：
(1)第一个阶段(1986年至1993年)：这一阶段中人们的研究重点多集中在已有的有机半导体材料的性能和阐明有机薄膜晶体管器件的工作机理。这一时期，比较有代表性的工作有：
1986年，Tsumura等人利用电化学聚合噻吩制备了第一个有机薄膜晶体管。
1988年，Tsumura等人系统地分析了器件的工作机理。
1989年，Carnier等人首次利用有机小分子齐聚六噻吩制备了有机薄膜晶体管。
1991年，Akimichi等人研究了取代的齐聚噻吩与分子有序对迁移率的影响，发现端基取代的齐聚噻吩比未取代的噻吩的迁移率高了100倍。为人们通过利用分子设计来改善薄膜有序程度，进而提高器件性能提供了思路。
在这个阶段中提高迁移率的办法主要有两种：一是通过纯化有机半导体材料以减少杂质对载流子传输中的散射;另一种方法是借助增加导电聚合物的共轭长度来改善薄膜有序程度进而提高器件的性能。
(2)第二个阶段(1993年至1997年)：这一阶段人们研究重点集中在薄膜形态结构控制、载流子传输机理、新器件结构和新制备技术应用等方面。比较有代表性的工作有：
1994年，Garnier等人利用打印技术(Printing)制备了全有机薄膜晶体管。
1995年，Dodabalapur等人首次采用a-6T/C60异质结制备了双极型有机薄膜晶体管。
1996年，Katz等人研究表明有源层并五苯(Pentacene)的薄膜形态与器件性能有密切关系。
1996年，Horowitz等人利用六噻吩单晶成功的制备基于单晶有源层的有机薄膜晶体管，迁移率为0.1cm2/V.s，但是并没有获得预期的高迁移率。
1996年，Z.Bao等人通过改变基底温度在金属酞菁中获得了较高的迁移率，使得降低器件成本和提高器件寿命成为可能。
1997年，Brown等人对有机薄膜晶体管的一些基本概念与工作机理作了系统的阐述，并利用液相加工的方法制备了一系列的逻辑电路。
在这个阶段中人们为了提到器件的性能，在纯化材料的同时，选择合适的衬底温度来制备高度有序的薄膜，特别是制备单晶器件。此外，为了降低器件的阈值电压还研究了高介电常数的绝缘层。
(3)第三个阶段(1997年至今)：这一阶段中人们研究重点多集中在新有机半导体材料的合成、薄膜形态结构的控制、单晶有机薄膜晶体管中载流子传输的深层次问题和有机薄膜晶体管的集成器件上。比较具有代表性的工作有：
1997年，Y.Y.Lin等人利用修饰绝缘层来控制并五苯的薄膜生长，将并五苯多晶薄膜的迁移率提高到了1cm2/V.s，开关电流比为108，达到大规模应用于平板显示屏中的非晶硅器件的水平。
1998年，Dodabalapurs等人利用有机薄膜晶体管作为有机发光二极管的驱动制成了有机智能像素。
1998年，Drury等人成功的制备了低成本全塑型集成电路。
1998年，Schoonvelds等人研究了有机单晶的电荷传输性质。
1999年，Dimitrakopoulos等人利用高介电常数的材料做绝缘层使有机薄膜晶体管的阈值电压降低到了-5V左右。
1999年，G..Horowitz对有机薄膜晶体管的理论进行了详细的介绍。并对齐聚噻吩的迁移率与栅电压关系做了详细的研究，通过建立一种模型对实验结果进行了修正。
2000年，Rogers等人利用微接触打印工艺实现了在塑料衬底上制备有机智能像素，为这一领域在柔性显示方面开拓了新道路。
2001年，Philips制备出2英寸64×64像素的有机薄膜晶体管驱动的PDLC-AMLCD显示屏，并实现了视频显示。
2002年，M.G.Kone等人报道了在柔性衬底上用并五苯薄膜晶体管寻址的16×16像素显示。
Gundlach等人报道了并五苯薄膜场效应晶体管载流子迁移率达到2.1cm2/V.s，开关电流比108。
2003年，Kelley通过修饰氧化铝的基底将并五苯有机薄膜晶体管的迁移率提高到3.3cm2/V.s，2003年，Meijer等人报道了一系列的双极型有机半导体材料，并且认为有机半导体材料普遍具有双极型。
2004年，Sundar等人制备的红荧烯单晶有机薄膜晶体管迁移率达15.4 cm2/V.s。同年，基于并五苯单晶的有机薄膜晶体管室温时迁移率达35 cm2/V.s，低温(225K)时迁移率更高达58 cm2/V.s。
2005年，Joshua N.Haddock等人制备的基于Poly-3-hexylthiophene有机薄膜晶体管场效应迁移率高达21.4 cm2/V.s。
2005年，R.Zeis等人制备的基于单晶酞菁铜(Copper Phthalocyanine,CuPc)有机薄膜晶体管迁移率高达1 cm2/V.s，由于酞菁铜(CuPc)有机半导体材料比并五苯(Pentacene)稳定性好、成本低，所以这项工作为探索稳定的有机薄膜晶体管材料、研究集成的有机薄膜晶体管开拓了新的空间，也为全有机集成电路的实现奠定了基础。
近20年来，国内外越来越多的研究机构参与到了有机薄膜晶体管的研究中。在国外，剑桥大学、东京大学、宾夕法尼亚大学、普林斯顿大学以及贝尔实验室等科研院所都开展了有机薄膜晶体管及其应用方面的研究工作。国内，以长春应化所、中科院化学所、清华大学和吉林大学为代表的研究单位相继开展了有机薄膜晶体管的研究工作，并且器件方面也取得长足的发展。
本论文研究内容：
本文主要研究可溶性高迁移率有机薄膜晶体管的制备极其性能的改善。以P3HT聚合物薄膜作为半导体活性层，热生长SiO2作为栅介质层，采用旋涂成膜工艺制备出两种OTFT样品，一种是在SiO2表面直接旋涂薄膜，另一种是用十八烷基三氯硅烷(OTS)稀释液对SiO2表面处理后再旋涂P3HT薄膜.对其电性能进行表征，并分别采用原子力显微镜(AFM)和C-V特性测试分析了两种情况下P3HT薄膜的成膜质量和栅介质层与聚合物薄膜之间的界面特性，揭示栅介质表面改性对器件性能提高的内在机理。