高遷移率P3Ht-SnO2復(fù)合半導(dǎo)體的研制及其性能表征.pdf

1、在信息技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料與有機(jī)半導(dǎo)體材料勻表現(xiàn)出一定的性能瓶頸。無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料加工工藝相對(duì)復(fù)雜，并且無(wú)法大面積加工，無(wú)法制造柔性材料;而有機(jī)材料雖然沒(méi)有無(wú)機(jī)材料在工藝方面的制約，但有機(jī)材料相對(duì)較低的載流子濃度和遷移率，極大的限制了它的應(yīng)用范圍。載流子遷移率是影響半導(dǎo)體器件性能的最關(guān)鍵參數(shù)，它直接關(guān)系到器件的工作頻率、信噪比以及光電轉(zhuǎn)換效率等性能。同時(shí)，對(duì)于氣敏傳感器及太陽(yáng)能電池等半導(dǎo)體器件，材料輸運(yùn)載流子的能

2、力差，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部的電荷不能及時(shí)有效地輸送到外電路，從而影響器件性能。
　　面對(duì)上述困境，理想的解決思路就是將有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料結(jié)合起來(lái)使用，制備出有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料，從而兼顧有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，既有較高的載流子遷移率，又易加工制備。本論文的出發(fā)點(diǎn)正是為研究如何制備出性能優(yōu)異的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料，本文的研究是基于無(wú)機(jī)材料SnO2與有機(jī)材料P3HT開展的，研究思路如下:首先將SnO2納米顆粒通過(guò)一定的工藝制備出具有理

3、想的空隙率、比表面積、載流子遷移率等參數(shù)的SnO2多孔納米固體，再將P3HT與SnO2多孔納米固體通過(guò)恰當(dāng)?shù)墓に噺?fù)合以及后處理，從而制備出具有較高載流子濃度和遷移率的P3HT-SnO2有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料。本論文分為六章介紹，其邏輯安排如下所述:
　　第一章:緒論。首先對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料的發(fā)展背景，國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀做了綜述性介紹，并在此基礎(chǔ)上提出研究?jī)?nèi)容以及準(zhǔn)備解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。開展研究的材料選擇上，有機(jī)無(wú)機(jī)材料分別選擇的是P3

4、HT和SnO2納米顆粒，本章中對(duì)材料選擇的依據(jù)和材料的基本物理化學(xué)性質(zhì)做了分析和介紹。
　　第二章:SnO2多孔納米固體的制備及遷移率改善。SnO2納米顆粒是本文研究的初始材料之一，在制備復(fù)合材料的過(guò)程中，第一步就是要把SnO2納米顆粒制備成SnO2多孔納米固體材料。由于SnO2多孔納米固體的性能好壞，直接關(guān)系到復(fù)合半導(dǎo)體材料的性能，因此工藝的選擇和制備裝置的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。本章詳細(xì)介紹了本文開發(fā)的制備裝置以及工藝路線，并針對(duì)

5、工藝過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)對(duì)制備出的SnO2多孔納米固體的性能影響做了詳細(xì)分析，分別從造孔劑用量、熱壓壓力、熱壓溫度、煅燒溫度以及煅燒氣氛等方面進(jìn)行了闡述。最后經(jīng)過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定出最佳制備工藝。
　　第三章:P3HT薄膜遷移率的提高及測(cè)試方法研究。有機(jī)材料P3HT是我們研究的另外一種初始材料，因此在制備復(fù)合材料的過(guò)程中，P3HT也需要以“最佳狀態(tài)”參與復(fù)合過(guò)程。由于復(fù)合時(shí)P3HT是以薄膜的形式覆蓋在SnO2多孔納米固體的孔道中，因此本章中

6、重點(diǎn)研究了如何提高P3HT薄膜遷移率的方法。在研究過(guò)程中，還對(duì)傳統(tǒng)的測(cè)試薄膜遷移率的TOF方法進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)在直流電壓中加入交流成分，達(dá)到了穩(wěn)定TOF信號(hào)的作用，并將這一方法應(yīng)用到研究過(guò)程中。
　　第四章:P3HT與SnO2多孔納米固體的浸潤(rùn)性研究。復(fù)合過(guò)程本質(zhì)上是兩種材料浸潤(rùn)的過(guò)程，因此研究P3HT與SnO2多孔納米固體之間的浸潤(rùn)對(duì)于復(fù)合材料的制備研究極為重要。本章中，通過(guò)自己搭建的接觸角測(cè)量設(shè)備，研究了不同條件下兩種材料的接

7、觸角變化，為復(fù)合材料的最終合成提供參考。
　　第五章:P3HT-SnO2復(fù)合半導(dǎo)體提高載流子遷移率。通過(guò)前述章節(jié)的準(zhǔn)備工作，本章介紹的工作完成了P3HT-SnO2復(fù)合半導(dǎo)體的合成，并展示了其在導(dǎo)電性能提高方面的效果。通過(guò)拉曼光譜、XPS光譜等技術(shù)，證明了本文的合成技術(shù)順利實(shí)現(xiàn)了P3HT與SnO2之間的成鍵以及電子轉(zhuǎn)移。通過(guò)霍爾效應(yīng)測(cè)試表明，復(fù)合后的載流子濃度和遷移率比復(fù)合前分別提高了29倍和37倍。同時(shí)，我們從能帶結(jié)構(gòu)角度對(duì)復(fù)合效