第一章 序 論
1.2 有機薄膜電晶體發展史
1.2.1 P型有機薄膜電晶體
相對於N 型有機薄膜電晶體，P 型有機薄膜電晶體的研究來的較多且較深入，有機 半導體材料依分子量大小可粗分為小分子和高分子，圖1-4 為常見的有機 P 型半導體材
料，pentacene、ruberene、tetracene 等小分子主要以熱蒸鍍的方式沉積到基板上，而 polythiophene 這類的高分子則是可溶於適當的溶劑中，利用旋轉塗抹(spin-coating)的方 法製作有機半導體層，一般而言，以蒸鍍方式製作的元件，因為分子有較佳的排列性，
容易有結晶的情況產生，而形成多晶(polycrystalline)的型態，使得載子傳輸較好，因此 元件的特性會比高分子元件好。但另一方面，雖然溶劑製程(solution process)的元件特性 較差，卻有著製程簡單的優點，因此也有不少研究單位專注於高分子元件的開發。
目前P型高分子元件的發展以增加载子遷移率和空氣穩定性為主，常用的高分子材 料，主要以polythiophene為主軸做改變，例如：Regioregular poly(3-hexyl thiophene) (P3HT)，其載子遷移率可達0.1 cm2/Vs[14]，然而P3HT因有著低電離位能(ionization potential, 4.8eV)，容易受到雜物的影響且在空氣中沒有良好的電性，因此，2004年 B.S.Ong[15]等人為了增加P3HT的電離位能並保持穩定的傳輸特性，在P3HT的四個苯環 上刪除中間兩個苯環的烷基，加到左右兩邊的苯環上，合成了新的材料PQT-12，可以在 空氣中穩定操作且載子遷移率約0.14 cm2/Vs，類似的方法，在2006年Iain Mcculloch[16]等 人合成出新的有機半導體材料thieno[3,2-b]thiophene，具有liquid-crystalline行為、高組織 性的表面型態和高結晶顆粒，載子遷移率可達0.7 cm2/Vs，由此可知，高分子材料的載 子遷移率已可逐漸趕上小分子材料。
使用pentacene為半導體材料的元件擁有極高的遷移率，因此pentacene為目前最常被 使用的小分子材料，這可能是源於高對稱性的分子結構，經蒸鍍之後，容易形成整齊排 列的多晶薄膜。而利用介電層修飾的方式，已可使載子遷移率高達到7cm2/Vs[17]，很顯 然地，pentacene的元件已可和a-Si相比較。此外，可溶性的pentacene也受到科學家們的 矚目，希望可以結合其高效能與簡易溶液製程的優點。例如圖1-4中的pentacene衍生物 ( anthradithiophene )，於分子接上一些側鏈，可改善它的溶解度，在2005年Payne[18]在6,13 的位置接上triisoalkylsilylethynyl groups，加強了共軛π鍵的重疊使得載子遷移率可達到1 cm2/Vs。
除了前述的多晶形薄膜的元件，近幾年來，有機單晶(single crystal)場效電晶體也被 廣泛的討論。由於分子單晶結構有較少的缺陷和較低的trap的數目，使得電晶體有更良
好的電性，通常，有機單晶結構是利用不同的溫度梯度來純化材料，減少雜質的比例，
來幫助單晶結構的成長，目前已經成功製作出的有機單晶電晶體有pentacene和ruberene 等，載子遷移率分別可高達35 cm2/Vs和 20 cm2/Vs[19,20]。
a)
b)
圖1- 4 P型有機半導體材料(a)小分子(b)高分子[21]