本论文研究方法：
1.文献研究法
(1)有机半导体材料和制作方式的选择
从导电类型看，有机半导体材料可分为N型半导体材料和P型半导体材料;从分子结构看，有机半导体材料又可分为有机小分子材料和聚合物高分子材料;从制作方式来看，OTFT有真空气相沉淀和溶液处理两种方式。真空气相沉淀技术一般用于有机小分子材料，将有机材料置于坩锅中，加热至材料的升华温度，使得材料在基板上沉淀。利用真空蒸镀制备有机器件是目前最广泛使用的工艺。有机材料的纯度对于晶体的生长有相当大的影响，为了提高纯度，可以使用热梯度法。溶液处理方式可用于聚合物和可溶解的有机小分子，包括旋转涂布和喷墨打印等方法。旋转喷涂是将有机材料溶于有机溶剂，均匀地涂在基板上，经过高速旋转形成有机薄膜。溶液的浓度和旋转的速度影响有机薄膜的厚度和均匀性。印刷技术包括屏幕打印、喷墨打印和接触打印等方法。国际上，已有多个实验室用印刷技术制备有机薄膜晶体管，其中研制印刷用试剂是关键，各种有机半导体或绝缘体都可按某种花样图案，一层一层地印制在柔性衬底上，最后成为一个完整有机薄膜晶体管。目前，研究集中在打印技术方面，其线宽可小于1μm。其中喷墨打印法就是像打印机打字一样将有机打印到衬底材料上。用喷墨打印头制备的有机晶体管阵列的级延迟小于40μs，虽无法和硅器件相比，但已经取得了很大进展。这项技术的发展为大规模、大尺寸产品生产提供了工艺方法。经过研究对比，本论文决定采用聚合物P3HT为有机半导体有源层，用溶液旋涂的方法来制作OTFT。
(2)绝缘层材料的选择
OTFT对栅绝缘材料的性能有一定的要求，这些性能主要包括好的绝缘耐压性能、高的稳定性能以及与有源层半导体材料之间有好的界面特性等，具体来讲应该满足以下几个方面的性能要求:必须具有好的绝缘耐压性能，即大的电阻率和高的击穿场强，这是作为栅绝缘材料所要满足的最为根本的条件;介电常数要大，这样可以在保持栅极等效氧化物厚度不变的情况下，增加介质层的物理厚度，从而可以减小栅绝缘层上所施加的电场强度;具有优良的化学稳定性能，以保证在后续制造工艺中，尽量不与有源层半导体衬底发生反应，并且相互间的扩散也要小;禁带宽度要大，并且与有源层半导体衬底导带间的势垒高度要大，界面态密度及体缺陷密度要小，以减小栅极漏电流，保证OTFT的开关比Ion/Ioff足够大;与有源层半导体衬底的匹配性要好;具有长时间的稳定性和强的抗高温氧化性及抗辐射性能，不会在高温或其它条件下发生分解或变质，这是器件正常工作的重要保障;栅绝缘材料表面的固定电荷密度要小，以获得较小的阈值电压;栅绝缘薄膜表面的可动离子密度要小，用以减小阈值电压的漂移。目前用于OTFT无机绝缘层材料主要是SiO2，SiNx，A12O3，TiO2，ZrO2等。无机材料有耐高温、化学性质稳定、不易被击穿等优点，然而固相高温和非柔性加工限制了它在晶体管微型化、大面积柔性显示、大规模集成电路、低成本溶液加工生产中的应用。
聚合物材料是OTFT的第二重要的绝缘层，聚合物具有柔性，并且能够制备成柔性OTFT器件。OTFT中的有机绝缘层材料应满足的性能要求:与有机半导体之间有很好的相容性、低杂质浓度，尤其不能对相连接的有序有机半导体膜的结构和性能有所破坏;与柔性衬底有很好的相容性，这是保证器件结构稳定的一个重要因素，也是实现柔性全有机薄膜场效应管的前提;能应用于低成本的低温、溶液加工技术。目前应用于OTFT的有机绝缘材料主要集中在以下几类:聚酚亚胺(Pl)、聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、苯并环丁烯(BCB)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)等。不过BCB热转变温度很高，在刻蚀的过程中需要严格的挤压，并且暴露在p型沟道OTFT的关态漏电流很高，在n沟道OTFT中场效应迁移率较低;PI刻蚀温度要求高，不适合大多数柔性塑料基底，造成成膜过后，晶体管操作电压过高;PVP和PVA是OTFT中研究最广泛的绝缘材料;PTFE在常用的溶剂中几乎不溶，限制低成本加工;PVA成膜致密性差;PMMA的玻璃化转变温度低，大约为107℃，并且有机溶剂对其性能的影响较大，单位面积电容较低。绝缘材料的选择要结合不同的半导体材料，尽量使两者的表面能相匹配，保证电荷载流子在界面的有效运输。
(3)电极材料的选择
有机场效应晶体管的器件电阻大部分来自于器件源漏区的接触电阻，尤其是源接触电阻。为降低OTFT中电极和半导体层间接触电阻，二者之间必须形成良好的“匹配”，这种匹配一方面体现在它们之间的良好紧密的物理接触上;另一方面更体现在半导体材料和电极材料的“能级匹配”上，能级匹配起主要作用。电极的材料主要有三类:金属材料，化合物材料和导电聚合物。早期的电极大多采用金属材料，采用热沉积，等离子溅射沉积。本文将采用铝和金作电极材料。
(4)衬底材料的选择
衬底材料按照其柔韧性可分为刚性衬底材料和柔性衬底材料。刚性衬底材料一般采用无机物，如常用的玻璃、单晶硅片等。同时可以在玻璃上制备一层功能膜，如采用ITO玻璃制备OTFT时，其上的导电层可用作栅极，或通过刻蚀制备出晶体管的源漏电极。如果采用单晶硅片作衬底，一般采用重掺杂硅片，利用其低电阻率的特点作栅极，通过热氧化生成的薄膜作OTFT的栅绝缘层;柔性衬底材料多采用有机聚合物如聚乙烯基对苯二酸脂(PET)、聚酞亚胺(PI)等做衬底，制成的器件可在一定曲率范围内折弯形变，这种形变主要是由薄膜器件的各个结构层共同决定的，而不是由衬底的特性决定的，若各结构层越薄，尺度越小，则允许的形变也越大。衬底材料只是作为器件的载体，只要满足制备器件的表面特性，物理强度，制备工艺，形变等的需要即可，对器件的性能几乎没有什么影响。本论文用到的衬底材料为中掺杂的硅片。
(5)有机薄膜晶体管结构的选择
有机薄膜晶体管的器件结构包括栅电极、栅绝缘层、有源层和源/漏电极，属于三端器件。三个电极的相对位置可通过选用不同的工艺程序可相互变化，产生具有不同特点的器件结构。其中源/漏电极所夹的有源层部分被称之为“沟道”。绝大多数已报道的有机薄膜晶体管为平面类型，根据栅电极的位置不同，可分为顶栅结构和底栅结构;根据源漏电极和有源层接触的相对位置，每种又可分为顶接触结构和底接触结构。每一种结构都有其性能和制作工艺上的优点和缺点。制备不同结构的器件，它的工艺流程也不相同。
对于顶栅结构的器件，首先是要在衬底上生长有机半导体材料，然后生长绝缘层和栅电极层。由于热蒸发或者旋涂生长的有机半导体薄膜不够致密、在空气中的稳定性相对比较差，可能对有机材料造成一定的损伤甚至改变有源层的形貌，也可能在已经成膜的有源层中引入一定的杂质，最终导致器件性能的下降。因此，对于顶栅结构的有机薄膜晶体管，最为重要的是解决绝缘层生长时对有机半导体材料，特别是位于有机材料层中邻近绝缘层界面的有源沟道的不利影响，保证形成良好的有源沟道。
当前大多数研究人员都采用底栅结构的有机薄膜晶体管作为研究对象，它的制备工艺相对简单，器件的性能和稳定性较好。底栅结构的有机薄膜晶体管器件的工艺顺序是先在衬底片上生长栅电极和绝缘层，然后在绝缘层上生长有机半导体材料。由于位于半导体与绝缘层之间沟道能够受到再生长的有机材料的保护，因此，这种结构的器件能够避免在导电沟道中引入杂质，同时避免了再生长的源漏电极对有源层的薄膜形貌的影响，从而能够得到性能较好、工作较稳定的有机薄膜晶体管器件。对于底栅结构的有机薄膜晶体管，在顶接触电极结构中，有机半导体有源层直接生长在栅绝缘层上，然后再进行源漏电极的沉积，其优点在于有机薄膜的内部晶体结构及有机薄膜与栅绝缘层的界面非常均匀，不会对晶体管的性能产生不良影响;而底接触电极结构的有机薄膜的基底是栅绝缘层和源、漏金属电极两种介质，在其上生长的有机薄膜的性能也不同，从而导致沟道内部、沟道与源、漏电极过渡的局部区域上生长的有机薄膜的性质不同，影响到整个晶体管的I-V特性，因此一般认为顶接触结构的有机薄膜晶体管的性能要优于底接触结构的有机薄膜晶体管。但从工艺的角度来讲，在采用光刻工艺制备源漏电极时，由于有机材料稳定性较差，对各种化学试剂比较敏感，源、漏电极的制备和光刻过程将对己经成膜的有机薄膜的性能造成不良影响，而底接触则不存在这个问题。本论文将采用底栅型顶接触结构来制作有机薄膜晶体管，从而获得质量更高、更稳定的器件。
2.实验法
在确定了材料，制备方法和薄膜晶体管结构以后，就要在实验室展开实验了。这里我们将采用中科院微电子研究所的旋涂设备进行器件的制备，在器件制备完成以后，用原子力显微镜和C-V测试系统对器件的性能进行测试，通过对相关参数的分析，找出实验中存在的问题，以便改进实验条件和参数，从而使器件的性能逐步获得提高。
本论文研究思路：
⑴为了更好的研究OTFT器件的性能，本为首先研究了有源层P3HT薄膜的生长机理以及场诱导下载流子在有源层薄膜中的积累厚度;
⑵为了研究OTFT器件中有机半导体层与栅极绝缘层之间的界面处电荷陷阱对OTFT器件性能的影响，本文采用不同种类的界面修饰层材料，找出OTFT器件的半导体有源层品型转变机制以及其界面处电荷载流子的陷阱态密度变化引起的OTFT器件沟道电阻的变化;
(3)研究栅极绝缘层的介电常数以及绝缘层的种类对OTFT器件性能的影响，分别对硅基无机绝缘层、有机绝缘层、无机/有机复合绝缘层对OTFT器件性能的影响。
三、经费来源及概算
经费来源：吉林省青年科学基金
经费概算：10万元
四、主要设备、仪器及材料，实验地点或协作单位
一、主要设备：
1.中国科学院微电子研究所的KW-4A型匀胶机;
2.沈阳超高真空技术研究所的有机小分子三室串列型真空蒸镀设备;
3.美国安捷伦(Agilent)科技有限公司的4155C半导体参数测试仪;
二、所用材料：
P3HT,Al，Au, SiO2,OTS,
三、实验地点：
长春理工大学有机光电材料与器件研究室
五、阅读的主要参考文献综述(不少于2000字。并列出25篇重要的参考文献，其中外文10篇)
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