采用旋涂法预先在SiO2衬底表面形成一层聚(4-乙烯基苯酚)(PVP)作为表面修饰层, 以喷墨打印的6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS并五苯)作为有源层制作有机薄膜晶体管, 有效改善了有机半导体薄膜的形貌。采用真空热蒸镀工艺制备源漏电极, 形成底栅顶接触结构的有机薄膜晶体管(OTFT)器件。作为对比, 在未经过表面修饰的SiO2衬底上采用相同条件打印TIPS并五苯薄膜晶体管, 发现在经过PVP修饰的SiO2衬底上打印的单点厚度更均匀, 咖啡环效应被抑制或被消除; 而通过多点交叠打印形成的矩形薄膜的晶粒尺寸更大, 相应的OTFT器件具有更高的场效应迁移率。在有PVP修饰层的衬底上制作的OTFT, 器件在饱和区的平均场效应迁移率达到了0.065 cm2·V-1·s-1; 而直接在SiO2衬底上制作的器件, 相应的平均场效应迁移率仅为0.02 cm2·V-1·s-1。

分别采用六甲基二硅胺(HMDS,Hexamethyldisilazane)和聚苯乙烯/氯硅烷复合材料修饰聚乙烯基苯酚(PVP)绝缘层制备了底接触的有机薄膜晶体管并研究了其半导体层的表面形貌和器件的电学性能。原子力显微镜观察发现,并五苯半导体薄膜在不同的界面修饰上的生长形貌产生了很大变化。在PVP上沉积的并五苯晶粒尺寸都小于150 nm,经过聚苯乙烯/氯硅烷复合材料和HMDS处理后的PVP表面生长的并五苯晶粒尺寸则分别在200~400 nm和400~600 nm。大尺寸的晶粒能够减小器件沟道内的陷阱浓度,从而有效地提高电学性能。PVP绝缘层采用聚苯乙烯/氯硅烷和HMDS修饰后,与未修饰的器件相比迁移率分别提高了58倍和82倍。采用HMDS作为表面修饰层制备柔性OTFT,并五苯场效应晶体管的关态电流约为10-9A, 电流的开关比超过104,最大场效应迁移率约可达0.338 cm2·V-1·s-1.

应用聚苯乙烯/氯硅烷复合材料作为栅绝缘层的界面修饰层制备了高性能的并五苯场效应晶体管。原子力显微镜观察发现, 界面修饰对并五苯半导体薄膜的生长形貌产生了很大影响。在空白二氧化硅上沉积的并五苯晶粒尺寸都小于150 nm, 而在修饰过后二氧化硅的表面生长的并五苯晶粒尺寸多在200~400 nm。大的晶粒尺寸能够减小晶粒间的界面, 从而有效提高电学性能。表面改性的并五苯场效应晶体管的关态电流约为10-10 A, 电流的开关比超过106, 最大场效应迁移率约可达1.23 cm2·V-1·s -1, 而未处理的晶体管的场效应迁移率仅有0.011 8 cm2·V-1·s-1。

利用润湿/去润湿的方法配合旋涂工艺制备了图案化的TIPS-并五苯有机半导体薄膜, 制备了顶接触有机薄膜晶体管 (OTFTs)。金相显微镜观察发现, 转速的选择对TIPS-并五苯薄膜结晶形貌的影响较大。在1 000~2 000 r/min转速下制备的薄膜完整性好, 结晶区域较大; 而转速增加到3 000 r/min后, 难以获得完整的薄膜且晶粒尺寸变小。电学性能研究得到器件的输出曲线、转移曲线、开关电流比、阈值电压、场效应迁移率, 发现结晶形貌好的器件具有更好的电学性能。1 000 r/min转速下制备OTFT器件最大场效应迁移率为5.16×10-2 cm·V-1·s-1, 电流开关比为8×103。