OTFT最关键的技术之一是有机半导体材料。有机薄膜晶体管对所用的有机半导体材料有着特殊的要求:高迁移率、低本征电导率。高迁移率是为了保证器件的开关速度,低本征电导率是为了尽可能地降低器件的漏电流,从而提高器件的开关比,增加器件的可靠性。 按照材料传输载流子电荷的不同,可分为N型半导体材料和P型半导体材料。N型半导体是指载流子电荷为负,即载流子为电子;P型半导体是指载流子电荷为正,即载流子为空穴。 目前用于有机薄膜晶体管的N型材料主要以富勒烯(C60)为代表。它的电荷迁移率远高于其他N型材料,利用这种材料制备的有机薄膜晶体管的迁移率可以达到0.1 cm2/V·s,开关电流比超过105。其他材料有C70、 四羧酸类材料等,但性能并不理想。同时由于这类N型半导体材料对空气和水比较敏感,所以制备的器件的性能不稳定。 多数有机材料都是P型半导体,包括金属配合物、寡聚材料、聚合物。酞菁类化合物是制备OTFT最早使用的材料,也是常用材料之一。通过取代中间的金属,可以得到各种配位化合物,所制备的器件的迁移率在10-4~10-2 cm2/V·s的范围内。寡聚噻吩是寡聚材料的代表,在OTFT的研究中被大量使用,它可以通过调整分子的结构和长度来控制载流子的传输,也可以通过修饰分子以改善分子的连接形式。曾被使用过的材料有并四苯、并五苯、并六苯、红荧烯和蒽等,其中并五苯所制作的器件的特性是现阶段最优秀的,迁移率超过2 cm2/V·s,开关电流比达到108。聚合物也是较早使用在OTFT中的材料,包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯酚、聚2,5噻吩乙炔等。第一个OTFT所用的半导体材料也是高分子半导体材料,但当时的载流子迁移率只有10-5 cm2/V·s。在人们的不断改进下,聚合物器件性能不断提高,目前利用聚合物半导体材料制备的OTFT的载流子迁移率达到了0.1 cm2/V·s。 除有机半导体材料外,绝缘层材料和电极也对OTFT的性能有重大影响。 由于半导体材料一般沉淀到绝缘层上,因此绝缘层表面的性质对半导体材料成膜的形貌和载流子传输都有重要的影响。按照材料的元素不同,可分为无机绝缘材料和有机绝缘材料。无机材料包括SiO2、SiNx、Al2O3等。与无机材料相比,有机绝缘材料具有工艺简单、成本低廉、可制作在柔性基板上等优点,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基苯酚(PVP)等。对绝缘层表面进行加工和修饰也可以提高器件的性能。 选择金属电极材料的基本原则是电极可以与有机半导体形成很好的能级匹配。对于p型有机半导体材料,要求电极的功函数与材料的HOMO能级之间的势垒较小;而对于n型材料,要求电极的功函数与材料的LOMO能级之间的势垒较小,以减少因势垒存在而导致器件性能下降,提高载流子的注入效率。常用电极材料有金属的铝、金、铂、铬、ITO、石墨等。