第一篇：有機場效應晶體管和研究

有機場效應晶體管的研究

摘要：有機場效應晶體管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是以有機半導體材料作為有源層的晶體管器件。和傳統的無機半導體器件相比，由于其可應用于生產大面積柔性設備而被人們廣泛的研究，在有機發光、有機光探測器、有機太陽能電池、壓力傳感器、有機存儲設備、柔性平板顯示、電子紙等眾多領域具有潛在而廣泛的應用前景。文中對OFET結構和工作原理做了簡要介紹，之后重點討論了最近幾年來OFET中有機材料和絕緣體材料的發展狀況，接著總結了OFET制備技術，最后對OFET發展面臨問題及應用前景做了歸納和展望。關鍵詞：有機半導體材料；有機場效應晶體管；遷移率;絕緣體材料；柔性面板顯示

0引言

場效應晶體管(Field Effect Transistor FET)是利用電場來控制固體材料導電性能的有源器件。由于其所具有體積小、重量輕、功耗低、熱穩定性好、無二次擊穿現象以及安全工作區域寬等優點，現已成為微電子行業中的重要元件之一。

目前無機場效應晶體管已經接近小型化的自然極限，而且價格較高，在制備大表面積器件時還存在諸多問題。因此，人們自然地想到利用有機材料作為FET的活性材料。自1986年報道第一個有機場效應晶體管(OFET)以來，OFET研究得到快速發展，并取得重大突破。由于OFET具有以下突出特點而受到研究人員的高度重視：材料來源廣，工作電壓低，可與柔性襯底兼容，適合低溫加工，適合大批量生產和低成本，可溶液加工成膜等。從使用共扼低聚物成功地制造出第一個有機場效應晶體管，到全有機全溶液加工的光電晶體管的誕生，這些突破性進展對有機半導體材料的發展無論從理論上還是工業生產上都起到了巨大的推動作用。

1器件結構、工作原理及性能評定

1.1有機場效應晶體管基本結構

傳統的有機場效應晶體管的主要包括底柵和頂柵兩種結構，其中底柵和頂柵結構又分別包括頂接觸和底接觸兩種結構，如圖1所示。

圖1典型的OFET結構

OFET 一般采用柵極置底的底柵結構，即圖 1(a)、(b)所示的兩種結構，它們分別是底柵-頂接觸結構和底柵-底接觸結構。二者最大的區別就是有機層是在鍍電極之前(a頂接觸)還是之后(b底接觸)。頂接觸結構的源、漏電極遠離襯底，有機半導體層和絕緣層直接相連，在制作的過程中可以采取對絕緣層的修飾改變半導體的成膜結構和形貌，從而提高器件的載流子遷移率。同時該結構中半導體層受柵極電場影響的面積大于源、漏電極在底部的器件結構，因此具有較高的載流子遷移率。底接觸型OFET的主要特點是有機半導體層蒸鍍于源、漏電極之上，且源、漏電極在底部的器件結構可以通過光刻方法一次性制備柵極和源、漏電極，在工藝制備上可以實現簡化。而且對于有機傳感器來說，需要半導體層無覆蓋地暴露在測試環境中，此時利用底結構就有較大的優勢。而底接觸由于半導體層與金屬電極之間有較大的接觸電阻，導致載流子注入效率降低從而影響到其性能。目前這方面缺陷也有改進，如使用鍍上聚乙撐二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸款(PEDOT：PSS)材料的金電極可以減少與有機半導體并五苯材料之間的接觸電阻。二者之間載流子注入的阻力由0.85 eV直接降到0.14 eV，導致場遷移率從0.031 cm2 /(V·s)增加到0.218 cm2 /(V·s)。

圖1(c),(d)為頂柵結構，即首先在襯底上制作有機半導體層，然后制作源、漏電極，隨后再制作絕緣層，最后在絕緣層上面制作柵極。這兩種柵極位于最頂部的頂柵結構在文獻報道中并不是很多。

圖2是垂直溝道OFET結構，是以縮短溝道長度為目的的一類新型場效應晶體管。它以半導體層為溝道長度，依次蒸鍍漏-源-珊電極，通過改變柵電壓來控制源、漏電極的電流變化。

圖2垂直溝道OFET結構

這種結構的主要特點是：溝道長度由微米量級降低至納米量級，極大的提高了器件的工作電流，降低了器件的開啟電壓。這類晶體管的不足之處在于漏-源-柵極在同一豎直面內，彼此間寄生電容的存在使得零點電流發生漂移，一般通過放電處理后可以避免這種現象。1.2工作原理

以P型有機場效應0體管(見圖3)為例來說明OFET的工作原理。

圖3 p型OFET工作原理圖

有機場效應晶體管在結構上類似一個電容器，源、漏電極和有機半導體薄膜的導電溝道相當于一個極板，柵極相當于另一個極板。當在柵、源之間加上負電壓從VGS后，就會在絕緣層附近的半導體層中感應出帶正電的空穴，柵極處會積祟帶負電的電子。此時在源、漏電極之間再加上一個負電壓VDS，就會在源漏電極之間產生電流IDS通過調節VGS和V ns可以調節絕緣層中的電場強度，而隨著電場強度的不同，感應電荷的密度也不同。因而，源、漏極之間的導電通道的寬窄也就不同，進而源、漏極之間的電流也就會改變。由此，通過調節絕緣層中的電場強度就可以達到調節源漏極之間電流的目的。保持VDS不變，當VGS較小時IDS很小，稱為“關”態；當VGS較大時，IDS達到一個飽和值，稱為“開”態。1.3主要性能指標

對有機半導體層的要求主要有以下幾個方面：第一，具有穩定的電化學特性和良好的π共扼體系，只有這樣才有利于載流子的傳輸，獲得較高遷移率；第二，本征電導率必須較低，這是為了盡可能降低器件的漏電流，從而提高器件的開關比。此外，OFET半導體材料還應滿足下列要求：單分子的最低未占分子軌道(LUMO)或最高已占分子軌道(HOMO)能級有利于電子或空穴注入；固態晶體結構應提供足夠分子軌道重疊，保證電荷在相鄰分子間遷移時無過高能壘。因此，評價OFET的性能指標主要有遷移率、開—關電流比、閾值電壓3個參數。場遷移率是單位電場下電荷載流子的平均漂移速度，它反映了在不同電場下空穴或電子在半導體中的遷移能力；開—關電流比定義為在“開”狀態和“關”狀態時一的漏電流之比，它反映了在一定柵極電壓下器件開關性能的優劣。為了實現商業應用，OFET的遷移率一般要求達到0.O1 cm2 /(V·s)，開—關比大于10。對于閾值電壓，要求盡量低。OFET發展至今，電壓由最初的幾十甚至上百伏下降到5 V甚至更低。開關電流比由102~103提高到109，器件載流子遷移率也由最初的10-5 cm2 /(V·s)提高到了15.4 cm2/(V ? s)。

器件性能通常用輸出特性曲線和轉移特性曲線來表征。

圖4是以聚合物PDTT為半導體材料的頂結構OFET輸出特性曲線(a)和轉移特性曲線(b)圖。從圖4(a)可以看出漏電流ID在VD絕對值小于20 V范圍內隨VD絕對值的增大而增大。圖4(b)中，ID隨著VG負電壓絕對值的增大而增大。最終計算出該器件的遷移率為2.2x10 3 cm2 /(V·s)。

圖4頂結構OFET輸出特性曲線及轉移特性曲線圖

2有機半導體材料

目前研究較多的是單極性有機場效應晶體管，根據有機半導體層材料的不同可將其分為p型材料和n型材料兩大類。2.1 p-溝道有機半導體材料

p型半導體材料又稱空穴型半導體材料，即空穴濃度遠大于自由電子濃度的雜質半導體材料，p型有機材料又分為p型高聚物、p型低聚物、p型小分子3類。常見的p型有機半導體材料結構見圖5。

圖 5典型 p 型有機半導體材料化學結構

2.1.1 p溝道高聚物

高分子聚合物(如烷基取代的聚噻吩等)優勢在于可使用涂膜甩膜、LB膜等方法制備。這些制備方法優點是工藝簡單、成木低廉，缺點是有機材料難于提純且有序度較低，從而導致了高分子材料較低的遷移率。聚噻吩(PTh)經過真空干燥后作為活性材料空穴遷移率為0.25 cm2 /(V·S)。基于噻吩的聚合物，poly(3-hexylthiophene)(P3HT)被廣泛的研究。烷基可以通過頭-尾(H-T)相連和頭-頭(H-H)相連兩種方式被引入聚噻吩鏈。引入烷基的聚噻吩鏈與基底接觸展不了高度有序的自適應薄膜結構。經H-T方式引入烷基的P3HT遷移率接近0.2 cm2 /(V ? s)，開關電流比接近106。使用LB成膜技術的P3HT遷移率為0.02cm2 /(V?s)。

Takashi Kushida等人對(P3HT)材料做了進一步的研究，他們通過旋涂的方法制成的OFET遷移率僅有1.3x10-4cm2 /(V·s)，通過改變成膜方法，采用微接觸打印技術之后，得到1.6x10-2 cm2 /(V?s)的遷移率，比旋涂成膜方法提高了兩個數量級。性能的提高歸因于微接觸打印方法生成的P3HT薄膜表面高度有序，有利于載流子的橫向傳輸。2.1.2 p-溝道低聚物

常見的低聚物有噻嗯齊聚物和噻吩齊聚物等，與高分子聚合物相比，低聚物用于OFET有許多優點，如可通過調整分子的結構和長度來控制載流子的傳輸等。相關報道表明，星形低聚噻吩遷移率為2x10-4 cm2 /(V?s)，開關電流比達到102。一系列星形低聚噻吩衍生物也可作為OFET材料。如通過氯仿溶液旋涂得到薄膜，場遷移率達到1.03x10-3cm2/(V?s)，開關電流比103。以三基化胺為中心以π共扼噻吩為分支的混合材料也被合成出來，其空穴遷移率為0.011 cm2 /(V?s)。2.1.3 p-溝道小分子

有機小分子擁有聚合物無法比擬的優點：易于提純，減少雜質對晶體完整性的破壞，達到器件所要求的純度；一定的平面結構大大降低了分子勢壘，有利于載流子高速遷移；易形成自組裝多晶膜，降低晶格缺陷，提高有效重疊；較容易得到單晶，極大地提高了場效應遷移率。金屬酞菁小分子因具有以上優點而被廣泛研究，近幾年取得了很大進展。2005年Yasuda等用Ca做電極制備的CuPc(酞菁銅)FET顯示出電子和空穴兩種載流子傳輸性質。2007年Opitz等人又提出用酞菁銅和富勒烯混合膜制備OFET的思想，并討論了兩種化合物不同的混合比率所對應的各種遷移率和閾值電壓。利用5，50-bis-(7-dodecyl-9H-fluoren-2-yl)-2，20-hithiophene(DDFTTF)作為活性材料制成的OTFT器件空穴遷移率為0.11 cm2 /(V ? s)，開關電流比為3.1x106cm2 /(V ? s)，具有很高的靈敏度，可用于傳感器材料研究。晶態并苯化合物的禁帶寬度隨著芳環數目的增加而降低，有很強的電荷注入能力，表現出很高的載流子遷移率。載流子的傳輸效率隨著分子的有序調整或者晶體取向的改善而提高。并苯小分子表現出很好的性能也一直是研究的熱點，尤其是并五苯材料。2008年中科院化學所采用20 nm厚的聚乙烯基咔唑(PVK)薄膜作為緩沖層，修飾并五苯與SiO2：的界面，制備了并五苯OFETs。結果表明，PVK緩沖層的加入明顯提高了器件遷移率和開關比(遷移率約為0.5 cm2 /(V?s)，開關比約為107；同時顯著降低了器件的夾斷電壓(器件的夾斷電壓的絕對值都小于20v)。不過有機小分子溶液粘度太低，難于用溶液法加工成膜，且多數有機小分子半導體對環境較敏感。Raphael等人研究了dithiophene}etrathiafulvalene(DT-TTF)單晶材料的性能，分別制作了以DT-TTF為有機半導體材料的頂接觸和底接觸OFET兩種器件結構。對比發現頂接觸結構的性能優于底接觸器件結構，研究結果符合晶體形態學。2.2 n-溝道有機半導體材料

n溝道有機半導體材料也可稱為電子型半導體。n型半導體即自由電子濃度遠大于空穴濃度的雜質半導體。第一個n型OFET在1990年被報道。它采用雙酞菁鉻為場效應材料，但器件性能一般，載流子遷移率為2x10-4cm2 /(V·s)。n型有機半導體材料對氧和濕度較敏感，尤其是有機陰離子(特別是碳陰離子)很容易和氧發生反應，從而造成場效應遷移率低和晶體管工作性能不穩定。正因如此，n型有機場效應材料在數目上大大少于p型有機場效應材料。因此才找高性能，高穩定度的n型有機半導體材料已經成為了一項具有挑戰性的工作。n型有機半導體材料也分為n型高聚物、n型低聚物、n型小分子3類。2.2.1 n溝道高聚物

n型高聚物所表現的性能參數并不是很理想，因此對其研究的相關報道很少。梯形聚合物BBL，經路易斯酸AlCl3或GaCl3摻雜后遷移率達到0.06cm2/(v·s)。PCBM 和 PCBM 與 P3HT 的混合物(1∶ 2)作為太陽能電池材料而被廣泛研究，在室溫下的電子遷移率分別為10-3cm2/(V·s)和10-4cm2/(v·s)。2.2.2 n溝道低聚物

第一個n型低聚物OFET是由全氟烷基低聚噻吩衍生物DFH-6T制備的，在真空條件下其載流子遷移率達0.24 cm2 /(V·s)。同時，該小組設計并合成了全氟芳基低聚噻吩F一衍生物，在溶液加工條件下制備的OFET室溫時載流子遷移率達0.08 cm2 /(V ? s)。這些低聚物表現出獨特的填充特性，通過溶液處理的低聚物為高度有序的薄膜表現出單晶形態特性。2005年，Yoon等人合成了含有碳基的n-溝道低聚噻吩。例如DFHCO-4TCO，遷移率大致為0.O1 cm2 /(V·s)，而通過真空蒸鍍成膜DFHCO-4T，電子遷移率達0.6 cm2 /(V·s)。溶液旋涂發成膜的DFPCO-4T，也達到0.24 cm2 /(V ? s)的電子遷移率。2.2.3 n-溝道小分子

n溝道小分子的研究主要集中在并五苯，萘，二萘嵌苯，金屬酞菁，萘酞亞胺，富勒烯以及其衍生物上。最初Katz等人對萘酞亞胺進行了研究，但遷移率較低。利用具有可溶特性的萘二酞亞胺(NDI)和花二亞酞胺(PDI)的衍生物制成的場效應晶體管電子遷移率分別可達10-2cm2/(V ? s)和5x10-4 cm2/(V?s)。并且基于PDI衍生物的場效應晶體管顯示出雙極性特性。而 Chesterfield等人報道二烴基取代的二萘嵌苯衍生物PDI8在真空中電子遷移率達0.6 cm2/(V ? s)，開關電流比大于105。同樣PDI13通過140 0C鍛燒之后遷移率達2.1cm2/(V·s)。2，4，6-tris(4-cyano-1，2，5-thiadiazol-3-yl)-1，3，5-triazine(TCTDT)材料由于具有較低的LUMO軌道，有利于電子的注入和傳導，并且TCTDT原子半徑較小，更有利于電子禍合作用力等優點而被廣泛研究和報道。利用TCTDT材料制成的頂接觸OFET器件電子遷移率為0.04 cm2 /(V?s)，開關電流比為102，閾值電壓為-18V，并且器件在空氣中具有很高的穩定型和重復性。carbonyl-bridged conjugated compound(C-BTz)材料具有較低的LUMO能級，其分子結構有利于載流子的傳輸。具有較高的空氣穩定性。以C-BTz作為活性材料制成的OFET器件載流子遷移率為0.06cm2 /(V?s)，開關電流比106。n型球狀小分子C60是一種性能很好的材料，具有很好的各相同性固體，不需要像其它有機半導體一樣特別控制其分子取向。通過溶液加工處理的方法以C60及C70衍生物為半導體材料制成的場效應管電子遷移率分別為0.21 cm2/(V·s)和0.1 cm2/(V·s)。C60-ferrocene共扼分子也被作為OFET活性材料研究，使用C60-ferrocene共扼分子制成的OFET器件電子遷移率0.04 cm2 /(V?s)閾值電壓為-22 V。進一步研究表明，當使用C60-ferroce，共扼分子制成n型OFET器件載流子遷移率高于P型OFET器件，這是因為C60作為電子受體，而ferrocene是電子受體，二者之間的傳送帶使得載流子傳送效率更高。

圖6列出了幾種常見的n型有機半導體結構圖。

圖6典型n型有機半導體材料分子結構 3絕緣層材料

早期有機場效應晶體管通常采用無機材料作為介電層材料。例如：Si，SiO2，TiO2，Al2O3等無機材料具有較高的介電常數、好的熱力學穩定性、不易被擊穿、耐高溫等優點。但是由于無機材料不能適應柔性加工，不能采用溶液成膜的印刷生產技術，且其加工尺寸已經接近極限，以及成膜太薄會產生較大的漏電流等缺點。因此，為了實現未來低成本、大面積、可柔性加工的工業生產目標，使用高性能有機絕緣體材料來代替無機材料已成為未來發展的必然趨勢。對OFET有機絕緣層材料的選取主要有以下幾點：(1)由于絕緣體是夾在有機半導體層和柵極之間的三明治結構，所以首先要保證與二者都能很好的相容。(2)要防止靜電荷或者動態電荷注入絕緣層界。(3)具有低的表面陷阱密度，低粗糙度，低摻雜濃度，以及滯后現象盡量小。(4)能適應大面積、常溫、柔性、低成本的溶液加工技術。另外，加工制作時應盡量將柵極全部覆蓋，這樣可以有效防止漏電流。

聚苯乙烯PS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA已被用來作為絕緣層材料。但是它們的電容特性并不理想。聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯苯酚(PVP)是兩種應用廣泛的聚合物絕緣體材料。2008年Yang等人利用P3 HT作為有機半導體層，使用PVP和poly(melamine-co-formaldehyde)(PMF)混合物在經過200℃熱處理后作為絕緣層材料制成的P3HT-0FET測得載流子遷移率為0.1cm2/(V·s)，閾值電壓2 V，開-關電流比1.2 x 104。同時他們又研究了在PVP與PMF混合的絕緣層中以不同比例加入PAG(Photo-acid generator)利用120℃光處理過程制成的OFET，結果發現載流子遷移率可達0.06 cm2/(V?s)閾值電壓降至1.4 V，開關電流比也提高至3.0×104。高介電常數的聚合物cyanoethylpullulan(K = 12)也被用來作為絕緣層材料。苯并環丁烯(BCB)作為絕緣體材料表現出了很低的漏電流特性，但是由于它的高溫需求，使它尚不能被用于生產。Parylene C作為絕緣材料的頂柵和底柵設備遷移率分別為0.1 cm2 /(V·s)和0.4 cm2 /(V?s)，頂柵結構的遷移率較小是面粗糙度所致。使用聚氧化乙烯(PEO)-高氯酸鋰做為絕緣材料的頂柵結構OFET具有很高的電容特性。近幾年，雜化材料作為絕緣層材料也成為研究的熱點。2008年Kim等人研究了以并五苯為有機材料，以SnO2 /PVA混合的雜化材料作為絕緣層制成的有機薄膜晶體管。證明了有機-無機雜化材料可以對晶體管起到很好的防護作用，增強設備的長期穩定性。同年，我國吉林大學也在絕緣層研究上有突破。該研究小組利用酞菁銅作為有機半導體材料，研究了以P(MMA-co-GMA)共聚材料作為絕緣層材料制成的晶體管遷移率、開-關電流比、閾值電壓分別為(1.22×10-

2、7×103、一8V)。性能明顯優于僅使用PMMA作為絕緣層材料的晶體管(5.89×10－

3、2 ×103、－15 V)。這些性能的提高是因前者增強了酞菁銅表面的結晶度所致。常見的有機絕緣體材料如圖7所示。

圖7典型有機絕緣體材料分子結構 OFET的制備技術

有機半導體材料的選取對于有機場效應晶體管的性能影響固然至關重要，但是器件特性以及性能的好壞在很大程度上也取決于有機薄膜的結構與表面形態。高度有序的有機共扼分子的π鍵在源漏電極方向上得以最大的重疊，以而提高載流子傳輸效率，從而使器件具有較好的性能。有機薄膜的制備方法通常有真空技術、溶液處理成膜技術、單晶技術等幾種。通常按照原材料的化學結構和性能來選取合適的方法。4.1真空鍍膜

真空鍍膜方法是目前使用最為普遍的方法之一。這種技術的優點是通過控制蒸鍍速率來控制膜的純度和厚度，并實現膜的高度有序。真空技術通常包括物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、脈沖激光沉積(PLD)、離子濺射四種方法。其中最重要且使用最多的方法是PVD技術。它是液體或固體物質受熱蒸發或升華轉化為氣體后在沉積在基底表面形成薄膜的方法。許多有機小分子如并五苯很難找到合適的溶劑將其溶解，很難用溶液加工成膜，真空技術就可以用來成膜。利用并五苯作為有機材料制成的溝道長度為1 μm的頂接觸OFET在300 k和5.8 k的場遷移率分別為1.11cm2 /(V?s)和0.34 cm2 /(V?s)。開關電流比分別為107和105，這說明場遷移率也受溫度的影響。但是真空蒸鍍技術儀器設備復雜，成本較高，不適合大面積的工業化生產。4.2溶液處理成膜

溶液處理成膜技術被認為是制備OFET最具有發展潛力的技術。它適用于可溶性的有機半導體材料，結合大面積印刷技術可以大大地降低成本。常用的溶液處理成膜技術主要包括電化學沉積技術、甩膜技術、鑄膜技術、預聚物轉化技術、L-B膜技術、分子自組裝技術、印刷技術等。前4種技術成膜的有序性較差，我們這里主要介紹目前在OFET制備中最具有發展前景的，成膜有序性較好的后3種技術。

4.2.1 Langmuir-Blodgett(L-B)膜技術

具有表面活性的兩親分子溶于易揮發的溶劑中形成的溶液可以通過在水面上鋪展，而在空氣/水界面形成不溶于水的鋪展膜，通過控制表面壓力將這層膜轉移到固體基底上，從而制備單層L-B膜，進行多次轉移，就可以制備多層膜。它是一種可以在分子水平上精確控制薄膜厚度的成膜技術。

2009年初我國山東大學和濟南大學共同發表了一篇以酞菁染料鋪的絡合物為原料，使用L-B成膜技術設計制成的有機場效應晶體管的文章。參見圖8，以親水的冠醚(a)置于底部，疏水的辛基(b)置于頂部，金屬鋪位于中間，制成的三明治結構圖8(c)。

圖8親水的酞蓄染料冠醚衍生物(a)，疏水的酞蓄染料辛基衍生物(b)及(a)(b)組

成的三明治結構(c)利用L-B膜技術分別制成的以(HMDS)處理過的SiO2 /Si為基底和以(OTS)處理過SiO2 /Si為基底的頂結構有機場效應晶體管。圖9是它們的原子力顯微技術圖像(AFM)。

圖9以SiO2/Si為基底的AFM圖像(a)，以HMDS處理過的SiO2/Si為基底的AFM圖像(b)，以OTS處理過的SiO2/Si為基底的AFM圖像(c)他們對比討論了兩種不同基底OFET性能的差別，可以看出圖9(c)以octadecyltrichlorlsilane(OTS)處理過SiO2 /Si基底更有利于薄膜形態的有序性，因此顯示了更好的性能。該結構空穴遷移率為0.33 cm2 /(V?s)，開關電流比為7.91×105。但由于L-B膜技術在材料設計上要求材料具有兩親性，使得對材料的選取和適用上受到了一定的限制。4.2.2分子自組裝技術

自組裝分子(SAMs)是分子與分子在一定條件下，通過分子與分子間或分子中某一片段與另一片段之間的分子識別，依靠分子間的相互作用力，自發連接成結構穩定的、具有特定排列順序的分子聚集體的過程。分子間相互作用力為分子的自組裝提供必需的能量。自組裝成膜技術較L-B成膜技術具有操作更簡單、膜的熱力學性質好、對基質沒有特殊限制，且成膜材料廣泛、膜穩定等優點，因而它是一種更具廣闊應用前景的成膜技術。有機薄膜分子的有序程度受接觸面相互作用的影響。使用分子自組裝技術可以對界面進行修飾，從而提高分子排列的有序性進而提高器件性能。2008年日本的Hayaka-wa小組使用OTS自組裝分子對SiO2界面進行修飾，與沒經修飾的OFET進行詳細對比，結果發現經OTS-SAM修飾的界面薄膜生長高度有序。其原子力顯微鏡圖像對比如圖10所示。晶體管性能也有很大的提高。然而分子自組裝技術還會受到多種因素的影響，如成膜厚度、基片表面性質、溶液性質等。而構筑多層膜時分子自組裝技術也不如L-B膜高度有序。

圖10 AFM 圖像(15×15μm2)[(a)－(c)] SiO2表面，[(d)－(f)] OTS表面 4.2.3印刷成膜技術

尋找簡單、低成本、可大面積生產的印刷成膜技術將是未來非常有挑戰性且有意義的工作。印刷技術主要有噴墨打印、微接觸打印兩種。碳納米管能夠適合室溫的噴墨打印生產因而作為制備碳納米管晶體管的材料而被研究。利用超純的高密度的碳納米管作為載流子傳輸層，離子凝膠作為絕緣層，PEDOT作為柵極材料，全部利用噴墨打印技術，在室溫下以聚酰亞胺為襯底材料制成頂柵結構的薄膜晶體管。整個過程沒有進行任何表面預處理工作，最后晶體管展示出很高的工作頻率(大于5GHZ)開關電流比也超過100。這種能適應全室溫全柔性的技術有希望應用于有機電子電路中。接觸打印技術是將待成膜的有機半導體或絕緣體材料的溶液蘸在已設計的固定圖案印章上，然后在襯底上生長出特定圖案薄膜。由于要使用固定圖案，對柔性基底的適應性就不好。并且打印多層結構時的精確性不好。4.3單晶技術

傳統方法制備的OFET半導體層一般都是多晶薄膜，而多晶薄膜的晶界有許多缺陷，造成費米能級釘扎，產生電荷勢壘，降低載流子遷移率，影響OF-ET器件性能。而單晶技術因具有以下優點而成為近兩年研究的熱點：(1)高能量帶電粒子，固有的等離子體沉積技術，決定了有機半導體表面光滑且高度有序；(2)整個過程可以在常溫下進行；(3)不需要高真空要求，適合低成本技術生產；(4)沉積過程速度快；(5)有機半導體單晶與多晶薄膜相比，晶界和缺陷都很少。因此有機單晶晶體可以避免一些多晶甚至非晶有機半導體薄膜中的缺陷、晶界等因素的干擾而獲得有機半導體材料的本征性質。其載流子遷移率通常比多晶薄膜要高。有機單晶酞菁鐵、酞菁銅、紅熒烯都顯示了雙極性特性。Podzorov等人利用紅熒烯單晶制備的有機單晶晶體管的場效應載流子遷移率高達8cm2/(V·S)。使用溶液法很難制備高純度、低缺陷的單晶薄膜。一般單晶薄膜可以通過電化學沉積、擴散沉積、氣相沉積等方法來制備。其中又以氣相法最為常用。離子液體具有可在室溫下工作、化學穩定性不斷提高、防水、無毒、不揮發等特性，利用它的離子迅速擴散性能，可以制備出高性能的有機單晶晶體管。已有報道有機單晶半導體被應用于低成本微電極電路中，比如矩陣顯T傳感等領域。日本電力中央研究所與大阪大學聯手開發出了采用離子液體的高性能有機單晶晶體管，基本結構見圖11。

圖11有機單晶離子晶體管基本結構

利用PDMS制成彈性體基底，使有機紅熒烯單晶吸附在上面，在有機單晶體紅熒烯與柵極間夾入了低粘滯度和高離子導電率離子液體1-ethyl-3-methyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide作為柵極絕緣體。外加柵極電壓，離子就會發生遷移，在柵極與離子液體之間的界面和離子液體與有機單晶體之間的界面上，由離子蓄積而形成雙電荷層。此時，由于離子液體中的離子與有機單晶體電極的距離只有1nm，外加微弱電壓就實現了高電場。該開發晶的工作電壓(約0.2 V)，為現有有機FET的約1/500~1/100。電荷遷移率更是高達10cm2 /(V?s)，達到了采用雙電荷層的有機FET中的最大值。超過了非晶硅的電荷遷移率((1.0 cm2/(V·s)左右)，可滿足有機柔性顯示器所需的性能。另外，在0.1~1MHz的寬頻率下具有高電解電容，并具備高速開關性能。Ono等人分析比較了也報道了加入五種不同陰離子液體制成的紅熒烯單晶體管的性能。Nakanotani等人也報道了使用金-鈣不對稱電極介于BSB-Me單晶制成的具有雙極性特性的晶體管，雖然只有0.005 cm2 /(V·s)的遷移率，但是由于BSB-Me具有很高的發光效率因而BSB-Me單晶晶體管也展示了很好的發光性能，有望用來制備藍光固體激光器。

5結論與展望

從第一個具有真正意義上的有機場效應晶體管產生以來，它已獲得了巨大的發展，OFET以其柔性好、成木低、質量輕等優點展現出良好的應用前景，并已經在一些低端市場取得應用。目前有機場效應晶體管面臨的主要問題和發展趨勢有以下幾方面：

(1)在材料方面，類型過于單一，n型有機半導體材料較少，開關速度不穩定，大多數有機材料載流子遷移率過低。限制了有機場效應晶體管的進一步發展。因此，探索高遷移率且具有良好工作性能的新材料是OFET所要解決的問題之一。

(2)在器件制備技術方面，OFET器件的各層幾乎都要涉及成木昂貴的真空技術，因此研制出新的成膜技術和更為簡單、成木更低的制作工藝是近年來發展的一個方向。

(3)在制作工藝上，OFET的溝道長度很難進一步降低且器件存在開啟電壓大、工作電流低等缺點。

(4)從外界影響因素看，如材料的純度、不同介電常數的絕緣層以及襯底溫度等，如何排除干擾，提高器件的穩定性和壽命也應得到高度幣視。

(5)從產業化角度看，要實現真正的產業化，有機電子器件在很多方面還需要不斷的改進，例如，室溫及大氣環境下制備的器件性能還有待進一步提高，大氣環境下器件穩定性和壽命也有待提高才能滿足商業化的需求。

目前有機場效應晶體管材料和器件的發展面臨著以上種種困難，尚不能與無機硅半導體材料相提并論。今后的研究仍然要以材料、器件工藝、器件穩定性和壽命為主要研究方向。另外，有機場效應晶體管目前仍然在延續使用無機MOSFET的載流子傳輸理論和模型，尚沒有統一的有機半導體載流子傳輸機理。因此，探索一種適用于OFET的載流子傳輸機理和模型也是當前有待解決的難題。

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第二篇：基于有機半導體材料的有機場效應晶體管化學傳感器

基于有機半導體材料的有機場效應晶體管化學傳感器

摘 要：化學傳感器是基于有機半導體材料的有機場效應晶體管的一個重要的應用方向。本文介紹了有機場效應晶體管化學傳感器的工作原理和優點，總結了近年來有機場效應晶體管化學傳感器的發展過程、優化方法，以及此類器件在氣體傳感、液體傳感等領域的不同應用方向。并對有機場效應晶體管化學傳感器在將來的陣列化、多功能、柔性化等方向的發展趨勢做了展望。

關鍵詞：有機半導體；有機場效應晶體管；化學傳感器；柔性電子器件

中圖分類號：O62 文獻標識碼：A

有機半導體是基于有機共軛分子的一類具有半導體電學特性的有機物，根據其分子類型可以分為小分子有機半導體和聚合物半導體。科研工作者們圍繞基于有機半導體材料的電子器件展開了大量的研究，認為有機半導體將開辟電子器件的新時代――有機電子器件時代。目前為止，大量的有機半導體材料被發現，已經形成了一個巨大的半導體材料體系。據不完全統計，已發現的有機半導體材料已經超過700種。和傳統的無機半導體器件相比，有機半導體繼承了有機物的特性，因此擁有一些優點，例如：有機半導體結構的多樣性允許通過分子設計實現材料的功能化；有機半導體材料具有柔韌性，可以利用柔性基底，制備全柔性器件，進而得到柔性顯示屏、柔性集成電路、電子紙等可卷曲、可折疊產品；大部分有機半導體材料可采用低成本易操作的溶液法進行器件的制備，如噴墨打印、旋涂、滴注、印刷等，有利于大規模制備集成電路，制備成本低等。由于有機半導體的這些特點，因而科研機構廣泛地研究其用在有機發光器件、有機光檢測器、有機太陽能電池、壓力傳感器、有機存儲設備、柔性平板顯示、記憶組件、大規模集成電路、電子紙等眾多領域的潛在應用前景。

有機場效應晶體管是以有機半導體材料作為核心的晶體管器件，其器件結構如圖1所示，包含半導體層，介電層以及3個終端（源極，漏極和柵極）。由于有機半導體作為有機物本身的物理和化學特性，因此其導電能力容易隨著外部的環境而變化，這一特性使得有機場效應晶體管在化學傳感中有著良好的應用前景。

隨著科學技術的發展，以及人類對生活環境和生活水平的要求的提高，能有效探測各類有害化學物質的傳感器在國防軍事，工業生產，環境監控以及醫療衛生等方面有著越來越重要的作用。而近年來，關于食品衛生安全方面的問題和隱患正越來越受到人們的重視，比如蔬菜水果上的農藥殘留，奶粉中的三聚氰胺、過期食品的濫用，以及有害化學添加劑在食品中的使用等一系列事件和現象，更使得能方便有效地檢測食品安全的傳感器成為當前亟待研究的重要課題。常用的化學檢測儀器通常成本高，體積大，操作復雜，無法完全滿足當前的實際需要。尤其是在人們的日常生活中需要低成本易操作的檢測方法，現有的檢測儀器和手段的應用受到很多方面的限制。因此，研究一種低成本，操作簡單，攜帶方便的有害物質探測傳感器具有非常重大的科研意義。

基于有機場效應管的傳感器有著成本低，簡單輕便，檢測方便快速等諸多優點。能極大地彌補大型化學檢測儀器的不足，適合在日常生活中廣泛應用，成為對現有化學檢測儀器和手段的有效補充。更重要的是，可以通過化學合成的方法制備合成帶有特定分子基團和分子結構的有機半導體材料，在保持材料的電學性能的同時，控制改變材料的化學特性，從而大大提高有機半導體材料對特定化學物質的探測靈敏度和選擇性。此外，基于晶體管結構的傳感器能直接以輸出電流作為傳感器的輸出信號，不需要進行信號轉換，因此結構簡單，非常有利于傳感器的小型化。相對而言，許多其他類型的傳感器需要專門的附加器件把某種物理量或者化學量轉化為電信號進行測量，使得整體的傳感器器件結構相對復雜，不利于在日常生活中大范圍地使用。而且基于晶體管結構的傳感器能提供更多的關于探測目標物質的信息，從而得到更準確更具選擇性的探測。

有機場效應管化學傳感器的傳感探測工作原理就是利用被檢測物分子與有機半導體層之間的物理、化學反應來實現檢測。例如利用被檢測物質和有機半導體層的電荷相互作用、電荷摻雜等相互作用，引起有機場效應晶體管中的電荷的移動速度、濃度的改變，從而改變器件的輸出電流特征，從而實現對化學物質的辨識性和定量化檢測，因此提高傳感靈敏度和選擇性的基本策略是加強待檢測物與半導體特異性相互作用。

早期有機場效應晶體管化學傳感器的研究主要集中氣體傳感中。近些年，有機場效應晶體管的研究被拓展到了液體傳感中。比如斯坦福大學的鮑哲南教授和她領導的團隊報道了能在水溶液環境下工作的基于有機半導體薄膜晶體管的傳感器。當前國際上現有研究中的有機場效應晶體管化學傳感器基本都基于薄膜晶體管結構，然而有機半導體薄膜結構的固有特性限制了化學傳感器靈敏度和反應速度進一步提高的空間。因為探測目標分子需要在有機半導體薄膜中擴散傳輸，并在所有可吸附點達到濃度平衡后才能使有機場效應晶體管化學傳感器的反應達到最高點。因此有機場效應晶體管中有機半導體薄膜的厚度在近幾年的研究中不斷被減小，以減小探測目標分子在擴散穿透薄膜所需的時間，從而提高傳感器的靈敏度和反應速度。科研人員曾研究開發了超薄的有機半導體薄膜晶體管傳感器，最薄的有機半導體薄膜達到了幾個納米厚度，已經接近了這種薄膜結構的極限，無法再通過減小有機半導體薄膜厚度來進一步提高傳感器性能。

未來的有機場效應晶體管，其發展方向主要有陣列化、多功能、柔性化等方向。陣列化的有機場效應晶體管使用多個同類或不同類的有機半導體和晶體管單元，將他們整合在一個器件上，這樣不同的器件會對每種化學探測目標有不同的反應，從而形成一?N反應圖譜，以此能有效提高器件的探測選擇性和準確度。多功能化指器件具備除了化學傳感以外不同的探測能力，例如對溫度和壓力的探測。柔性化的有機場效應晶體管利用有機半導體本身的柔性優點，制備整體能彎曲變形的傳感器薄膜，可以在電子皮膚等領域有潛在應用。此外，進一步提高有機場效應晶體管化學傳感器的長期穩定性也是一個重要的發展方向。而從傳感器種類方面看，有機場效應晶體管傳感器的種類將越來越多，也越來越完善。有機場效應晶體管傳感器的核心部分是有機半導體層，因此有機半導體材料的發展對有機場效應晶體管傳感器的發展起到重要推進作用。隨著有機半導體材料種類的繼續增多，基于有機半導體材料的傳感器種類和數量也將逐漸增多，這種便捷的低成本傳感器將用于更多的場合，獲得更好的性能。

參考文獻

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第三篇：有機煙草研究現狀及發展趨勢研究

摘 要：煙草的無害化是指減少因人類活動給煙草作物增多的潛在危害，控制煙草中的農藥殘留，使煙草中僅剩下本身原有的有害物質。基于此，首先簡要介紹了有機農業與有機煙草的概念，對有機煙草的產生背景進行了簡要分析，著重研究了有機煙草的研究現狀及發展趨勢。

關鍵詞：有機煙草； 研究現狀； 發展趨勢

有機煙草是一個比較新鮮的名詞，現代社會對有機食品的研究越來越多，但對有機煙草的涉及還有所欠缺。煙草本身就是一種特殊的作物，加之現代社會對吸煙有害健康的宣傳，所以，對于煙草的爭議頗多。1 有機農業與有機煙草

有機農業是指在生產中完全或基本不用人工合成的肥料、農藥、生長調節劑和畜禽飼料添加劑，而采用有機肥滿足作物營養需求的種植業。而有機煙草是指源于有機農業生產體系，根據有機食品生產標準生產加工，并通過合法的、獨立的有機食品認證機構認證的煙草[1]。近年來，有機農業的生產方式不斷在各個國家得到推廣，有機農業的種植面積也在逐年增加。有機農業其實是最古老的農業形式。在二戰之前，人們在種植作物時還沒有肥料和各種殺蟲劑，所以，農產品沒有化學污染，后來，人們在戰爭過后，發現作為炸藥使用的化學藥品可以作為肥料派上用場。從此之后，農業種植出來的作物上殘留的農藥毒害越來越多，有機農業又被重新提上日程。2 有機煙草產生的背景

隨著《煙草控制框架公約》的出臺，標志著世界控煙政策的發展方向。這一公約對全世界一百多個國家具有法律效力。由于在我國出口的煙草檢測出含有轉基因的煙葉，很多國家不再從我國進口煙草。還有一些國家因為我國煙葉中殘留的化學物質太多，而拒絕進口我國的煙草。目前，煙草的安全性及品質已成為我國煙草業發展的瓶頸。之前人們因為農藥及肥料對農作物的生長有很大的促進作用，因此紛紛購買使用，導致現在很多農產品的質量嚴重下降，有的甚至對人體的健康構成了一定威脅。現已有部分國家對一些有劇毒的農藥發出了禁止令。現代社會，煙草是一個敏感的話題，吸煙有害人的身體健康，這是眾所周知的，然而，現在危害人體健康的因素又多了一項，那就是煙葉中殘留的有害化學物質，因此，人們開始關注有機煙草。研究現狀及發展趨勢

3.1 研究現狀 國外對有機煙草的研究比較早，1987年，美國就已制定了對進口煙草中農藥殘留的標準。2002年，美國農業部實施了“國家有機項目”的標準，部分地區開始按照“國家有機項目”的規定種植有機煙草。除美國之外，德國、西班牙、巴西等國家也在不斷發展有機煙草。羅馬尼亞的一家獨立煙草生產商利用自己種植的煙草生產百分之百的有機煙草葉絲。他們生產的產品不添加任何化學藥劑，在對煙絲進行處理的過程中也不會應用有毒的添加劑。有機煙葉在國外的研究一直保持著良好的發展勢頭[2]。

在我國，隨著與《無公害煙葉生產技術研究》有關的幾個科技開發項目的實施，我國開始限制對農藥的使用，逐漸關注農藥殘留對農業環境的污染，以期提升煙葉的質量。近幾年，我國煙草行業建立了多個標準化示范縣，在2005年啟動了中國《煙草質量管理體系》的研究項目，確立了4個煙草分公司為試點單位，最終都取得了比較理想的效果。3.2 發展趨勢 有機食品的聲譽一直很好，各種有機食品現已受到各個國家的青睞，尤其是歐美國家，一直走在有機食品發展的前端。在我國有機食品發展中，雖不如國外的發展那般先進，但也沒有太過落后。我國在加入世貿組織后，對有機食品的重視程度也在逐年加大。由于煙草的特殊性，全世界對它的關注程度相對其他普通作物要更加重視。現代社會，人們的生活水平逐漸升高，對精神世界的追求標準也在不斷升高，尤其是在食品安全及身體健康上越來越重視。因此，有機食品迅速發展起來[3]。與此同時，有機煙草也開始步入生產。

國際上對煙草的檢測標準越來越嚴格，進口的煙葉要求提供種植煙草時的詳細情況，包括產地的生態環境、病蟲害的防治措施等。世界衛生組織規定只有檢測和報告煙草成分的煙卷才能進入國際市場。這一規定說明，發展有機煙草是一種趨勢。我國煙草生產是世界煙草業的重要組成部分。但近幾年，由于國際煙草市場逐漸形成以環境為標準的貿易壁壘，使得我國的煙草業受到一定的打擊。然而，在世界煙草生產及貿易的影響下，有機煙草的發展必然會成為一種國際趨勢。4 結語

對有機煙草的研究具有其現實的意義。現在全世界的吸煙人群眾多，為減少煙草對煙民二次危害，應不斷提高技術，降低農藥或者肥料中的有毒化學物質在煙草中的殘存量，更好地提高煙草的質量，對我國煙草業在世界上的發展也具有一定的積極作用。

第四篇：我國有機農業發展潛力研究

我國有機農業發展潛力研究

上世紀80年代以來，越來越多的人注意到，現代常規農業在給人類帶來高度的勞動生產率和豐富的物質產品的同時，由于現代常規農業生產中大量使用化肥、農藥等農用化學品，使環境和食品受到不同程度的污染，自然生態系統遭到破壞，土地生產能力持續下降。

1）現代農業生產帶來了嚴重的環境污染問題。大量的化肥使用是使江河湖泊富營養化的主要因素，也是地下水硝酸鹽含量增加的原因。農藥、除草劑和使用致使各種野生生物大量減少，破壞了生態平衡。

（2）破壞土壤結構，土壤有機質含量減少，水土流失嚴重，土壤板結，生產力下降。

（3）消耗大量的不可再生能源，是一高能耗系統。

（4）過分集約的畜禽養殖,使動物失去了作為生命的快樂和意義,在倫理道德上是不可接受的。

（5）食品質量下降。作物生長過快、產量高、但品質下降，而且高農殘、高硝酸鹽含量是對人類健康的最直接威脅。

（6）社會和農民的經濟負擔增加，增產不增收。農民的生產環境惡化，隨時都有受到化學品毒害的風險。

為探索農業發展的新途徑，各種形式的替代農業概念和措施，如有機農業、生物農業、生態農業、持久農業、再生農業及綜合農業等應孕而生。雖然名稱不同，但其目的都是為了保護生態環境，合理利用資源，實現農業生態系的持久發展，但又各有側重。有機農業是最具代表性的例子。

有機農業是一種環境要求最為嚴格的持續農業系統。有機農業的概念起始于本世紀二十年代，由德國和瑞士首先提出。在八十年代里，隨著有機農業的指導思想是耕作與自然的結合。（“有機農業”這一名稱原文／德文中“生態”這個詞就表現了與自然的關聯，在農業體系外也是如此）。在有機農業中自然的生命進程應受到促進，營養物質的循環應盡可能保持完整。種植和養殖應該結合起來。包含人類，土地，植物和動物的農場被視為一個多元的整體，即一種有機整體。從這種基本想法中得出了循環耕作的思想及其盡可能完整的營養物質的循環。這一點在對植物生長特別重要的氮的例子上就體現得很清楚：有機耕作的農

民不用礦物氮源來施肥，而是利用豆科作物固氮的能力來滿足植物生長的需要。種植的豆科作物用作飼料，由牲畜養殖積累的圈肥再被施到地里，培肥土壤和植物。

有機的土壤生物（微生物，昆蟲，蚯蚓等）使農業用地固有的肥力得以釋放出來。植物殘渣，有機肥料還田以及種植間作作物有助于土壤活性的增強和進一步的發展。土地通過多年輪作的飼料種植得到休養，農家牲畜的糞便被充分分解并釋放出來。

這樣，自我生成的士壤肥力并不依賴于代價昂貴且耗費能源生產出來的化肥，而是農民自己的“資本”：從農場耕作上很難形容這種“資本”。有機耕作的農民有意識地精心照料這種敏感的財富：他的任務就在于促進，激發并利用這種自我調節，以期能持續生產出健康的高營養價值的食品。一個有機農民不會在農場里簡單地引進缺少的東西或找替代品（例如從氮肥袋中），或者壓制不想要的東西（如借助合成的農藥）。他知道如果使用化學手段會產生對農業，牲畜及環境的無法估量的副作用。因此他會設法預先避免導致失調（如病害或過度的蟲害襲擊）的原因產生。這一點他在種植中通過用符合當地情況的方式進行輪作，適時進行土壤耕作，機械除草及使用生物防治等方法來達到（例如種植灌木叢或保護群落生態環境）。

與土地結合的牲畜養殖指的是有機耕作的農民只養殖其土地能承載的牲畜量。通常來說牲畜承載量是每公頃一個成熟牲畜單位，因為有機生產標準只允許從外界購買少量飼料。這種松散的牲畜養殖保護環境不受太多牲畜或人類糞便的硝酸鹽污染，它幫助一個農場的形成并使人們可以采取符合牲畜需要的養殖方式。以上述標準進行的牲畜養殖通常情況下只產生土地能接受的糞便量。飼料和作物的種植處于一種相互平衡且經濟的關系。因為牲畜數量少的話，農民可以照料得精心一些。

把農業說成是不用化學合成氮和有植物保護的農業當然是對的，卻并不能完全體現有機農民的意圖和基本思想。成功的有機農業的前提是具有良好的基礎條件，也就是說耕作者廣博的知識背景和擁有的生產技術。

有機農業的目標在于：

〃培肥土壤肥力

〃持續保持養份循環

〃根據不同種類牲畜的需要進行養殖

〃生產健康的食品

〃保護自然的生存基礎：土壤，水，和空氣

〃盡可能少污染環境

〃積極進行自然和物種保護

〃注意能源和原材料儲存

〃消耗農業勞動力

有機農業以拒絕使用人工合成的農用化學品和對環境有益而著稱，但20世紀20年代最初提出有機農業概念時還沒有大量出現農用化學品，也沒有嚴重的環境問題。那么，有機農業的先驅者們，德國的Steiner、瑞士的Muller、英國的Howard和Balfour、美國的Rodale等，究竟是從什么角度提倡發展有機農業的？

他們是從健康的角度，而不僅是從環境的角度提倡用有機的方式進行農業生產，強調在相對封閉的系統內循環使用養分來培育土壤肥力和生命活力。這些先驅者們不是簡單地看待疾病和導致疾病的原因，而是努力從整體觀念探索健康的根源。BaHour作為人類營養學先驅 SirRobertMcCarrison的學生，發表了對健康的著名論述，即土壤、植物、動物和人類的健康是息息相關不可分割的整體。Robert先生在系統地觀察許多人及其飲食習慣后，發現最健康的人的飲食多為來源新鮮、少加工、營養保持完整的食物，農業生產的食品則來自于自然循環完整的系統，沒有受到化學物質的干擾。Robert的觀察充分證明了Balfour的論述。目前流行的自然醫學就非常重視有機食品在保持人類身體健康方面的作用。世界有機運動友好協會會長，自然醫學博士張明彰先生自1982年起在世界各地倡導有機理念和自然療法，創立了“有機生活七大指導原則”和提倡消費有機食品。這個指導原則是根據“簡樸生活、自然而健康的生活方式和力行維護環境的古老傳統而來，重點為生活方式必須和大自然即陽光、空氣、水與其它生物完全融合”。針對當今世界污染嚴重的實際情況，提出“吃有機食物，過自然生活”等完整的有機理論。自然醫學的理論正是有機農業健康思想的具體應用。

除健康之外，有機農業的另一思想是可持續發展IFOAM1977年召開的第一次科學大會的主題就是“邁向可持續農業”。salfour在其報告中指出可持續農業的本質就是永久性，意味著要采用保持土壤永久肥力的技術，盡可能使用可再生

資源，不污染環境，促進土壤和整個食物鏈中的生命活力。E．F．Schumacher在他的“小的就是美麗”一書中提出了人們應通過發展一種帶有新型生產方法和消費模式的可持續性生活方式來代替建立在增長與消費基礎上的經濟。這種生活方式必須建立在限制的基礎上，“因為我們生存的世界是有限的”。只允許使用和采取一些耗費很少的方法和措施，以便使每個人歸根到底都能接受它。它們適宜于小規模使用，并與人類對創造的需求相一致。由這種特性中產生出人類對自然的“持久”的無暴力性和態度。有機農業就是實現這一目標的方式之一。

隨著有機農業的發展，社會公正性日漸受到重視。要為有機生產和加工的每一個人提供高質量的生活，以滿足他們的基本需要和從工作中得到足夠的收人和快樂，包括安全的工作環境。在有機食品的貿易過程中，要采取公平貿易的方式，保證農民的利益。

日本岡田茂吉先生提出的自然農法的思想精辟地表達了以上有機農業的本質，即“尊重自然，順應自然規律，與自然秩序相和諧”，“充分發揮土壤本身的偉大力量來進行生產”，希望地球上建立一個“沒有貧窮、沒有疾病，沒有戰爭的天堂”。

有機農業產生是隨著政治、經濟和環保意識的發展而變化，目前，有機農業已經成為國際現代農業的另一個分支，代表著現代農業的發展方向，但是由于各國的經濟狀況和從事有機生產的動機和目的的不同，對有機農業概念的理解的側重點已不同，從而形成了概念的多元化。

歐洲把有機農業描述為，一種通過使用有機肥料和適當的耕作和養殖措施，以達到提高土壤的長效肥力的系統。有機農業生產中仍然可以使用有限的礦物物質，但不允許使用化學肥料。通過自然的方法而不是通過化學物質控制雜草和病蟲害。

美國農業部把有機農業定義為是一種完全不用或基本不用人工合成的肥料、農藥、生產調節劑和畜禽飼料添加劑的生產體系。在這一體系中，在最大的可行范圍內盡可能地采用作物輪作、作物秸稈、畜禽糞肥、豆科作物、綠肥、農場以外的有機廢棄物和生物防治病蟲害的方法來保持土壤生產力和耕性，供給作物營養并防治病蟲害和雜草的一種農業。盡管該定義還不夠全面，但該定義描述了有機農業的主要特征。

我國有機農業工作者將有機農業定義為是指遵照有機農業生產標準，在生產中不采用基因工程獲得的生物及其產物，不使用化學合成的農藥、化肥、生長調節劑、飼料添加劑等物質，而是遵循自然規律和生態學原理，協調種植業和養殖業的平衡，采用一系列可持續發展的農業技術，維持持續穩定的農業生產過程。這些技術包括選用抗性作物品種，建立包括豆科植物在內的作物輪作體系，利用秸稈還田、施用綠肥和動物糞便等措施培肥土壤保持養分循環，采取物理的和生物的措施防治病蟲草害，采用合理的耕種措施，保護環境防止水土流失，保持生產體系及周圍環境的基因多樣性等。有機農業生產體系的建立需要有一定的有機轉換過程。

談起有機農業，人們普遍將其與中國傳統業等同，與低產量、低效益、甚至饑荒相聯系，繼而推之在人口眾多、土地資源相對缺乏的中國，有機農業不可能得到發展。

有機農業盡管與中國傳統農業有著廣泛的聯系，但它們并不等同。它們之間的區別主要表現在以下幾個方面。時代背景

中國傳統農業是在科技水平不發達，生產力水平較低下的條件下，人們不斷對農業生產三大要素“天、地、人”及其相互關系進行探索，對其規律進行總結和概括，逐漸進步的結果。這種農業大量使用有機肥、種植綠肥，進行病蟲害的農業防治與生物防治是在沒有化學肥料和農藥可資利用的情況下而進行的。而現代有機農業是由于人們認識到石油農業高能耗，高投入，土壤退化，環境污染，病蟲抗性，農藥殘留等弊病，從保護土地資源的角度提出來的。它是在科學進步、工業化水平高、人們環境意識不斷增強的背景下誕生和發展的，是對農業生產中化學能投入的主動排斥或約束。科學技術水平

傳統農業是一種經驗農業，缺乏系統的現代科學理論的指導，對自然規律的認識往往只停留在表面現象上，而不知其本質。現代有機農業是隨著生物學、生態學、土壤學的發展，隨著對自然規律的本質了解，人們對我國傳統農業數千年長盛不衰的科學反思，是對人與自然的關系重新認識的結果。因此有機農業不像傳統農業那樣，僅以直接經驗為指導，而是以現代科學進步為背景。有機農業的發展也不只是靠經驗總結，而是在吸收我國傳統農業經驗的基礎上，以生物學、生態學原理為指導進行科學試驗，在試驗中探索解決問題的辦法，在試驗中取得精確數據，并在試驗研究中不斷發展。生產能力

中國傳統農業是以人畜力為主的農業，沒有先進的生產工具，勞動生產率相當低下。而現代有機農業是建立在先進的勞動生產工具和科學技術成果的基礎之上的。就作物品種而言，科學選育的高產作物品種(不包括基因工程品種)，是農業獲得高產的前提，只要有機農業能保證提供足夠的有機肥料，就可能獲得同現代農業一樣的，甚至更高的產量。在作物病蟲害防治方面，生物防治較之傳統農業有很大的進展，微生物農藥已有大規模生產的產品，天敵益蟲的人工繁殖也有突破，如利用蘇云金桿菌、青蟲菌、白僵菌、核多角體病毒防治農林害蟲，應用松毛蟲赤眼蜂防治玉米螟等。有機肥的生產也能工廠化進行。還有現代化的農業機械，運輸工具，水利設施，科學的管理方法等。這些提高勞動生產效率，節約勞力，增加效益，戰勝自然災害的農業生產條件和方法都是傳統農業所無法比擬的，而它們又是保證高產高效的必要條件。

在有機農業生產體系中，按照有機的生產方式生產的產品，通常稱為有機食品。

有機食品通常是指來自于有機農業生產體系，根據國際有機農業生產要求和相應的標準生產加工的，并通過獨立的有機食品認證機構認證的一切農副產品，包括糧食、蔬菜、水果、奶制品、禽畜產品、蜂蜜、水產品、調料等。有機產品除包括食品外，還包括紡織品、皮革、化妝品、林產品。

原料必需來自已經建立的有機農業生產體系，或采用有機方式采集的野生天然產品；

產品在整個生產過程中必須嚴格遵循有機食品的加工、包裝、貯藏、運輸等要求；

生產者在有機食品的生產和流通過程中，有完善的跟蹤審查體系和完整的生產和銷售的檔案記錄；

必須通過獨立的有機食品認證機構的認證審查。

第五篇：大豆有機栽培技術及病蟲害防治研究

大豆有機栽培技術及病蟲害防治研究

大豆作為北方的主要糧食作物之一，是重要的油料作物，目前大面積種植主要以河北省、黑龍江等地區為主，大豆富含豐富的植物蛋白，給我國的經濟帶來了巨大收益。目前我國農業的發展不斷進步，農業種植技術不斷提升，而大豆作為其中一種種植物，為了增加農民收入，提升農民的生活水平，需要不斷更新和引進先進的種植、栽培技術，大力發展有機農業技術，確保今后的大豆種植實現增產增量的目標。

一、有機食品

有機技術是現代人所追捧和熱愛的技術之一，例如有機蔬菜、有機水果以及綠色食品等，特別是21世紀后，綠色農業發展成為一種新的特色，人們更加追求天然食品，注重自身健康和食品安全，進而出現的有機物。有機食品是一種天然原生態的食品，在實際栽培種植中不適用任何化學劑和肥料，土壤、種子及成形食品全部進行有機認證，食品屬于天然、無添加，在每一道工序中均未使用化學藥劑，如催熟劑、保鮮劑、抗生素、添加劑等，此類產品受人們的喜愛。有機產品在初期階段可能會受各方面因素導致產量下降，種植期間耗費的勞動力大，但是其優勢是生產成本低，出售價格高，可進一步提升經濟收益，因此開展大豆有機栽培技術非常重要。

二、大豆有機栽培技術

1、修正地段和環境。栽培有機大豆首先要具備良好的生態環境，生態環境具備平整、肥沃土地，田間內無殘茬、殘株，具備充足的陽光、水分等，另外有機食品無污染，因此要考慮大豆栽種周圍是否有工廠、礦區以及生活垃圾點等，遠離被污染的環境點，土地和水質量必須達標。

2、選種子。大豆種子是高產有機大豆的重要保障，因此要重視大豆選種，首先要排除有病蟲害、純度不高的種子，多數選擇一些顆粒大、飽滿的，這樣能提高種子的成活率，為防止種子根部腐爛，可使用多菌靈與種子混合，藥劑拌種后應及時播種，藥劑種子不可過夜。

3、種子培育。選擇合適的季節盡早播種，并定期間苗、翻松土壤、除雜草等，為種子發育提供良好環境，避免雜草吸收養分，使得種子無法積累更多土壤養分，播種的根深為20～30cm，最好采取條播，每個大豆種子的間隔均勻劃分。

4、加強田間管理。種子在發育過程中需要加強管理和照顧，因為種子在生長過程中受外界因素的影響，容易出現各種問題，而加強田間管理能確保種子充分吸收養料，促進大豆種子生長發育的養料必須合理選擇，有些肥料不適用于有機食品，有機大豆選擇充分發酵腐熱的糞肥，除此之外還可以使用落葉、花瓣、綠色植物、湖草及秸稈等當做肥料，目前有機產品中經過認證的肥料有綠農肥、生物肥和有機肥等。糞肥的使用量月30t/m2，而有機肥的用量為600kg/m2，搭配使用不僅能提高大豆的營養，還能有效殺死病蟲卵。施肥成功后還要重視灌水抗旱，定期進行人工滴灌，以免土壤干旱，大豆缺乏水分，禁止采取大水漫灌，這樣容易損傷苗根，灌水一般在大豆繁盛時，缺水會導致花莢脫落，影響大豆產量。

5、科學密植技術。大豆種植要合理規劃，密植時應綜合考慮品種干枯、窄行距、土壤疏松、溫度低、成熟早等因素，窄行密植技術一般適用于矮苗，植株矮、生長快的種子采取窄行密植能提高大豆產量。

三、大豆種植病蟲害防治技術以及存在的問題

大豆種植過程中病蟲害防治是首要解決的任務，河北省大豆有機栽種中經常受到病蟲害的侵殘，不僅影響大豆的產量和經濟效益，還會增加人工成本投入，因此要盡早防治病蟲害。

1、病蟲害防治中存在的問題。其一，種植農戶的防治意識不強。由于農村地區的生育人口大多為老年人和小孩，農民的文化水平低，思想觀念落后，大部分種植業仍采取傳統的種植模式，并未意識到病蟲害造成的風險，部分農戶覺得定期噴灑殺蟲劑可以防治，老年農戶對新技術的接受程度低，不了解新型大豆病蟲害防治技術的優勢和作用。其二，病蟲害防治技術落后。農村經濟落后，很多先進的防治技術沒有得到良好推廣和普及，大豆發生病蟲害的原因主要是根腐病和食心蟲，而農村種植員的防治技術和時間掌握不合理，大豆苗長出后才開始實施防蟲劑，導致種植農戶花費大量人力和財力，防治也未起效。

2、大豆病蟲害的防治技術。農作物的病蟲害防治一直以來是農業發展的重要舉措，要想取得良好的病蟲害防治效果，要合理掌握防蟲技術。（1）土壤處理。控制病蟲害可通過倒茬、輪作方式，因為病蟲害的病原都依附于土壤表層過冬，通過翻地的形式可有效破壞病原體，進而降低害蟲成活率。（2）蟲害防治。大豆種植中常見的病蟲害有食心蟲、二條葉甲、大豆蚜蟲和霜霉病等，這些病蟲害不僅影響幼苗的生長，還會威脅大豆根葉的發育，因此大豆病蟲害防治可通過農業技術和化學技術。農業防蟲害技術：在選種時期一定要嚴格挑選高品質、抗病蟲的大豆種子，在田間管理中，加強巡查，發現有病蟲害的植株應及時拔除、清理，以防傳播、污染其它種子，生長過程中的大豆種子應該采取輪耕和翻耕，能預防蟲害。有機大豆多使用糞肥能消滅病蟲害，還能為生態環境做貢獻，肥料使用量需合理把控。化學防蟲害技術：化學方法防治病蟲主要是合理使用化學藥劑，取吡蟲啉10%按照150～225ml/m2的比例加水噴灑能防治紅蜘蛛、大豆蚜蟲;90%的敵百蟲能防治毒蛾幼蟲;使用48%的地樂胺乳油噴霧能防止菟絲子;防治食心蟲可使用20%的綠得福1500溶液;灰斑病和褐紋病的防治使用50%的菌多領、甲基托布津等。切記化學藥物噴灑一定要均勻噴在花蕾、花莢、葉背及莖稈上，病蟲害殺死后需及時清理，以免未徹底死的害蟲繼續破壞大豆苗。

綜上所述，掌握大豆有機栽培技術，綜合引進先進技術，了解各種種植環節的技術細節，精心培育、栽種、管理、施肥等才能促使大豆種子健康生長，普及病蟲害防治的重要性，指導廣大農民掌握病蟲害防治技術，最終實現增產增收。