64、真空沉积小分子半导体有机薄膜晶体管全解析

真空沉积小分子半导体有机薄膜晶体管全解析

1. 有机薄膜晶体管简介

有机薄膜晶体管（TFTs）是一种金属 - 绝缘体 - 半导体场效应晶体管，其半导体由一层共轭有机分子薄膜构成。共轭是指共价键结合的碳原子之间存在交替的单键和双键，这使得每个碳原子的四个价电子之一发生离域，从而实现每个共轭分子内的高效电荷传输。

有机半导体层中分子的排列受相对较弱的范德华力相互作用支配。因此，电子波函数通常不会扩展到整个有机固体体积，而是局限于有限数量的分子。电子在有机半导体中移动的迁移率，取决于在施加电场的影响下电子从一个分子转移到另一个分子的难易程度。也就是说，有机半导体中的电荷传输受限于局部状态的捕获。根据有机半导体的选择、化学纯度和有机薄膜的微观结构，有机半导体薄膜中的载流子迁移率通常在 0.01 至略高于 1 cm²/Vs 的范围内。

有机半导体可分为以下几类：
1. 不溶于常见有机溶剂的共轭小分子，通过真空热升华或有机气相沉积进行沉积。
2. 可溶的共轭小分子，可通过旋涂、浸涂或印刷进行沉积。
3. 共轭聚合物。

本文重点关注基于真空沉积小分子有机半导体的 TFTs。

2. 有机晶体结构、薄膜形态与载流子传输

五苯是用于有机 TFTs 的最受欢迎的小分子有机半导体之一。与许多小分子半导体一样，五苯有很强的形成晶体域的倾向。当五苯沉积在介电表面上时，分子在表面上大致呈直立取向，使得 (001) 晶格平面与衬底表面平行。

Troisi 和 Orlandi 通过量子力学计算确定了五苯分子在 (001) 晶格平面内的最高占据分子轨道（HOMO）形状。由于 (001) 平面内分子排列规