成長於多層二十酸鎂之結晶性紅螢烯薄膜其有機場效電晶體之製作與特性

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研究生：	戴淑玟
論文名稱：	成長於多層二十酸鎂之結晶性紅螢烯薄膜其有機場效電晶體之製作與特性 Organic Field Effect Transistors of Crystalline Rubrene Thin Films on Magnesium Arachidate Multilayer: Fabrication and Characterization
指導教授：	楊耀文
口試委員:	林滄浪張瑞芬楊耀文
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	紅螢烯、有機場效電晶體
外文關鍵詞：	LB, MgA
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本論文藉由Langmuir-Blodgett (LB)技術成長無毒性的magnesium arachidate (MgA)薄膜來修飾4-Phenylbutyltrichlorosilane(4-PBTS)/SiO2/n+-Si2的基材表面，藉著改變MgA薄膜層數(兩層、四層、六層及八層)和基板於LB槽的移動速率(1 mm/min、4 mm/min及6 mm/min)來調控表面性質，以探討對成長於其上之rubrene薄膜結晶性及rubrene薄膜電晶體電性之影響。薄膜之物性將藉著原子力顯微鏡(AFM)、X光光電子能譜(XPS)、X光反射率(XRR)、X光繞射(XRD)與近緣X光吸收細微結構光譜術(NEXAFS)等技術對MgA和rubrene薄膜的表面形貌、分子排列及晶相結構進行綜合探討。
透過原子力顯微影像瞭解到rubrene成長於兩層MgA薄膜的表面形貌為柱狀結構，而成長於四層以上的表面形貌則主要為片狀結構，造成此差異性的因素，推測與MgA薄膜的覆蓋程度有相關性，並且藉由XRD的量測可知，片狀結構為主的rubrene薄膜皆具有結晶相。經由接觸角的量測可得所有基材之表面能量皆在21-23 mN m-1之間，其差異性不大。因此表面能量並非促使rubrene結晶性成長之因素，推測是MgA薄膜所形成的雙層膜層狀堆疊之台階狀結構側邊官能基(-COO−)，與rubrene的苯基產生π-π作用力，使rubrene沿著MgA薄膜的台階側邊垂直基材表面成長，形成片狀且具晶相的結構。其中rubrene成長於八層且基板移動速率為1 mm/min的MgA薄膜上，由於此MgA薄膜堆疊成較緻密之台階結構，且分子較為直立，與基材表面夾角為72°，使得與rubrene作用力較強，因此由XRD可發現其結晶性最佳，製作為元件後可得到最好的載子遷移率，其值可達0.107 cm2V-1s-1。本實驗利用無毒性之鎂離子作為反離子(counterion)形成MgA薄膜，可增進rubrene薄膜的結晶性成長，以提高製作為元件後的電性效能。

目錄
中文摘要    I
Abstract    III
誌謝    IV
目錄    VI
圖目錄    X
表目錄    XVIII
第一章  緒論    1
1-1    有機場效電晶體之發展史    1
1-2    備受關注的有機半導體分子-紅螢烯(Rubrene)    4
1-3    藉由改變介電層表面性質以改善rubrene之薄膜成長    7
1-4    研究動機與目的    9
第二章 實驗原理與技術背景簡述    11
2-1    有機薄膜場效電晶體    11
2-1-1    有機場效電晶體之架構簡介    11
2-1-2    有機場效電晶體之工作原理    12
2-1-3    有機場效電晶體之電流與電壓關係    16
2-2    LB薄膜(Langmuir-Blodgett film)    19
2-3    同步輻射光源(synchrotron radiation source)54    23
2-4    近緣X光吸收細微結構光譜(Near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) Spectroscopy)    26
2-4-1    NEXAFS 光譜原理    26
2-4-2    NEXAFS 量測方法    32
2-5    X光光電子能譜(X-ray Photoemission Spectroscopy, XPS)    36
2-6    X光繞射(X-ray Diffraction, XRD)58    39
2-7    原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)59    41
2-8    X光反射率(X-ray Reflectivity, XRR)60    43
第三章 實驗藥品、儀器與步驟    46
3-1    實驗藥品    46
3-2    實驗儀器    48
3-3    元件基材前置清洗與處理    51
3-4    基材表面自組裝單層分子薄膜之成長    51
3-5    基材表面LB薄膜之成長    52
3-6    有機薄膜電晶體之製作    54
3-6-1    真空蒸鍍系統    54
3-6-2    真空蒸鍍製備Rubrene薄膜    55
3-6-3    真空蒸鍍製備金屬電極    56
3-7    有機薄膜電晶體之量測系統與量測程序    57
3-8    原子力顯微鏡之量測    59
3-9    超高真空系統與樣品傳送流程    59
3-9-1    超高真空系統之達成    61
3-9-2    超高真空系統中樣品之傳送    62
3-10    X光光電子能譜(XPS)之量測    63
3-11    近緣X光吸收細微結構(NEXAFS)之量測    63
3-11-1    NEXAFS之量測程序    64
3-11-2    NEXAFS之數據處理    64
第四章 實驗結果與討論    66
4-1    不同成長條件之Magnesium Arachidate (MgA)薄膜分析    66
4-1-1    經MgA薄膜修飾矽(100)單晶片之表面形貌分析    67
4-1-2    MgA薄膜之X-ray反射率(XRR)結果分析    71
4-1-3    MgA薄膜之XPS結果分析    73
4-1-4    MgA薄膜之NEXAFS結果分析    78
4-1-5    MgA薄膜之接觸角(contact angle)結果分析    82
4-2    Rubrene成長於不同成長條件之MgA薄膜分析    83
4-2-1    Rubrene成長於MgA薄膜修飾的矽晶片之表面形貌分析    83
4-2-2    出平面向(out-of-plane)X光繞射結果分析    87
4-2-3    由NEXAFS分析Rubrene薄膜之分子位向    90
4-2-4    有機薄膜電晶體之效能量測結果    97
4-3    討論    103
第五章 結論    107
第六章 參考資料    109
                                

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