臺灣博碩士論文加值系統

由於載子遷移率於共軛高分子薄膜的表現在太陽能電池與發光二極體活動層的應用潛力，近幾年來成為備受研究矚目的課題。在製程上過去已有許多因素(溶劑或製作薄膜方式)的不同，顯示出其因素對載子遷移率的影響。在本論文中我們深入探討利用旋轉塗佈轉速不同形成的聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-苯乙烯](MEH-PPV)薄膜，觀察其對垂直及水平方向載子遷移率的影響。結果顯示使用高轉速製作高分子薄膜會使得垂直方向載子遷移率降低，但會導致水平方向載子遷移率增加。原因與固態薄膜內分子鏈的構形不同有所關聯，當轉速增加時離心力變大的情況下，高分子內aggregates結構會較易於被離心力影響呈順向排列，此時高分子膜內也隨著溶劑較快速揮發，使得高分子在水平方向形成共軛程度較高的結構，而利於水平方向載子傳導。但同樣的結構卻使載子在垂直方向傳導速度減低，因為此時高分子排列方向為水平而非垂直方向；反之若載子傳導為垂直於基板方向，電荷載子在aggregates程度高的結構裡傳導速度較快，原因為相鄰高分子鏈間在垂直方向交互堆疊的跳躍傳導方式較利於其快速傳導。
此外利用場效應電晶體元件量測發現在水平方向傳輸表面層區域(surface layer)遷移率受旋轉塗佈轉速的影響較不明顯，原因為場效應電晶體在操作量測上，屬於高載子密度傳輸，其同時受到閘極開關控制外加電場強度影響，無法就旋轉塗佈轉速變化單一因素來觀察其對水平方向載子遷移率的影響。

Mobility in conjugated polymer thin films is currently the focus of considerable research interest due to their potential use in the active layer of solar cells and light emitting diodes. Processing parameters (solvent, casting method) have been shown to impact the mobility of processed films. In this work we focus on quantifying effect of spin-speed on the vertical and horizontal hole mobility of poly[2-methoxy-5-(2- ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) thin films. The result shows high spin speed reduces mobility vertically. The inverse relationship abruptly appears in the horizontal bulk areas transport properties. The reason is associated with different morphology inside conjugated polymer thin films. As the spin speed increase (higher centrifugal force), polymer films are dry almost instantly during the coating process. And the films should mostly consist of more extended and less aggregated polymer chains. The extended (more conjugated) conformation is locked upon vaporization of the solvent. Thus high spin speed increases mobility horizontally. In vertical direction, the carriers can move quickly within entanglement of the polymer chains and the stronger aggregated formation by hopping across the neighboring chains resulted in higher mobility.
In addition, the horizontal transport mobility in surface layer was not found to be dependent of spin speed obviously due to field effect transistor belongs to high carrier density transport. The mobility also depends on the electric field effect. It is not easily using two parameters to analyze the results.

摘要 I
Abstract III
誌謝 V
目錄 VI
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1-1前言 1
第二章 原理介紹與文獻回顧 4
2-1 有機半導體簡介 4
2-1-1 有機半導體歷史與發展 4
2-1-2 有機半導體傳輸機制 8
2-1-3 有機共軛高分子中的aggregates 10
2-1-4 共軛高分子MEHPPV的介紹 11
2-2 有機薄膜電晶體 12
2-2-1 有機薄膜電晶體歷史與發展 12
2-2-2 有機薄膜電晶體的結構 13
2-2-3 元件操作原理 15
2-2-4 有機薄膜場效電晶體-重要參數計算及公式 17
2-2-5 有機薄膜場效電晶體特性 19
2-3 量測電荷傳輸遷移率的方法 21
2-4 Poole-Frenkel law 25
2-5 研究動機及目的 26
第三章 實驗步驟與方法 31
3-1 研究架構 31
3-2 使用設備簡介 32
3-3 實驗材料 34
3-4 實驗步驟、流程圖及實驗條件 35
3-4-1 配置製作元件薄膜所需要的MEHPPV溶液 35
3-4-1-1 實驗步驟 35
3-4-1-2 實驗流程 36
3-4-2 製作有機發光二極體元件(載子垂直方向傳導元件) 36
3-4-2-1 實驗步驟 36
3-4-2-2 實驗流程 38
3-4-3 製作場效應電晶體元件(載子水平方向傳導元件) 38
3-4-3-1 實驗步驟 38
3-4-3-2 實驗流程 40
3-4-4 製作量測電流密度與電壓(J-V)關係元件(載子水平方向傳導元件) 41
3-4-4-1 實驗步驟 41
3-4-4-2 實驗流程 43
3-5 元件檢測儀器及量測方法 44
3-5-1 紫外光-可見光吸收光譜儀 (UV-vis) 44
3-5-2 光激發螢光光譜儀 (Photoluminescence，PL) 44
3-5-3 瞬時電激發光 (Transient Electroluminescence，TrEL) 45
3-5-4 半導體電流電壓量測系統 46
3-5-5 場發射掃描式電子顯微鏡 (Field Emission Scanning Electron Microscopy，FESEM) 47
第四章 實驗結果分析與討論 49
4-1 吸收光譜(Absorption)及光激發螢光光譜(PL) 50
4-2 載子遷移率的比較 56
4-2-1有機發光二極體元件(垂直方向載子遷移率) 57
4-2-2場效應電晶體元件(水平方向表面層載子遷移率(surface layer mobility)) 60
4-2-3量測電流密度與電壓(J-V)關係元件(水平方向整個區塊載子遷移率(bulk mobility)) 67
4-2-4 三種元件綜合比較 72
4-3不同條件的MEHPPV粉末對場效載子遷移率影響 76
4-4 未來研究方向實驗探討 78
4-4-1 架電場效應下旋轉塗佈製膜( Electric -field spin effect) 78
4-4-2 製作不同通道長度與寬度元件(channel effect) 82
第五章 總結與未來展望 88
5-1 總結 88
5-2未來展望 89
參考文獻 91

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