第一篇：有机场效应晶体管和研究
有机场效应晶体管的研究
摘要：有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistors,OFETs)是以有机半导体材料作为有源层的晶体管器件。和传统的无机半导体器件相比，由于其可应用于生产大面积柔性设备而被人们广泛的研究，在有机发光、有机光探测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、电子纸等众多领域具有潜在而广泛的应用前景。文中对OFET结构和工作原理做了简要介绍，之后重点讨论了最近几年来OFET中有机材料和绝缘体材料的发展状况，接着总结了OFET制备技术，最后对OFET发展面临问题及应用前景做了归纳和展望。关键词：有机半导体材料；有机场效应晶体管；迁移率;绝缘体材料；柔性面板显示
0引言
场效应晶体管(Field Effect Transistor FET)是利用电场来控制固体材料导电性能的有源器件。由于其所具有体积小、重量轻、功耗低、热稳定性好、无二次击穿现象以及安全工作区域宽等优点，现已成为微电子行业中的重要元件之一。
目前无机场效应晶体管已经接近小型化的自然极限，而且价格较高，在制备大表面积器件时还存在诸多问题。因此，人们自然地想到利用有机材料作为FET的活性材料。自1986年报道第一个有机场效应晶体管(OFET)以来，OFET研究得到快速发展，并取得重大突破。由于OFET具有以下突出特点而受到研究人员的高度重视：材料来源广，工作电压低，可与柔性衬底兼容，适合低温加工，适合大批量生产和低成本，可溶液加工成膜等。从使用共扼低聚物成功地制造出第一个有机场效应晶体管，到全有机全溶液加工的光电晶体管的诞生，这些突破性进展对有机半导体材料的发展无论从理论上还是工业生产上都起到了巨大的推动作用。
1器件结构、工作原理及性能评定
1.1有机场效应晶体管基本结构
传统的有机场效应晶体管的主要包括底栅和顶栅两种结构，其中底栅和顶栅结构又分别包括顶接触和底接触两种结构，如图1所示。
图1典型的OFET结构
OFET 一般采用栅极置底的底栅结构，即图 1(a)、(b)所示的两种结构，它们分别是底栅-顶接触结构和底栅-底接触结构。二者最大的区别就是有机层是在镀电极之前(a顶接触)还是之后(b底接触)。顶接触结构的源、漏电极远离衬底，有机半导体层和绝缘层直接相连，在制作的过程中可以采取对绝缘层的修饰改变半导体的成膜结构和形貌，从而提高器件的载流子迁移率。同时该结构中半导体层受栅极电场影响的面积大于源、漏电极在底部的器件结构，因此具有较高的载流子迁移率。底接触型OFET的主要特点是有机半导体层蒸镀于源、漏电极之上，且源、漏电极在底部的器件结构可以通过光刻方法一次性制备栅极和源、漏电极，在工艺制备上可以实现简化。而且对于有机传感器来说，需要半导体层无覆盖地暴露在测试环境中，此时利用底结构就有较大的优势。而底接触由于半导体层与金属电极之间有较大的接触电阻，导致载流子注入效率降低从而影响到其性能。目前这方面缺陷也有改进，如使用镀上聚乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸款(PEDOT：PSS)材料的金电极可以减少与有机半导体并五苯材料之间的接触电阻。二者之间载流子注入的阻力由0.85 eV直接降到0.14 eV，导致场迁移率从0.031 cm2 /(V·s)增加到0.218 cm2 /(V·s)。
图1(c),(d)为顶栅结构，即首先在衬底上制作有机半导体层，然后制作源、漏电极，随后再制作绝缘层，最后在绝缘层上面制作栅极。这两种栅极位于最顶部的顶栅结构在文献报道中并不是很多。
图2是垂直沟道OFET结构，是以缩短沟道长度为目的的一类新型场效应晶体管。它以半导体层为沟道长度，依次蒸镀漏-源-珊电极，通过改变栅电压来控制源、漏电极的电流变化。
图2垂直沟道OFET结构
这种结构的主要特点是：沟道长度由微米量级降低至纳米量级，极大的提高了器件的工作电流，降低了器件的开启电压。这类晶体管的不足之处在于漏-源-栅极在同一竖直面内，彼此间寄生电容的存在使得零点电流发生漂移，一般通过放电处理后可以避免这种现象。1.2工作原理
以P型有机场效应0体管(见图3)为例来说明OFET的工作原理。
图3 p型OFET工作原理图
有机场效应晶体管在结构上类似一个电容器，源、漏电极和有机半导体薄膜的导电沟道相当于一个极板，栅极相当于另一个极板。当在栅、源之间加上负电压从VGS后，就会在绝缘层附近的半导体层中感应出带正电的空穴，栅极处会积祟带负电的电子。此时在源、漏电极之间再加上一个负电压VDS，就会在源漏电极之间产生电流IDS通过调节VGS和V ns可以调节绝缘层中的电场强度，而随着电场强度的不同，感应电荷的密度也不同。因而，源、漏极之间的导电通道的宽窄也就不同，进而源、漏极之间的电流也就会改变。由此，通过调节绝缘层中的电场强度就可以达到调节源漏极之间电流的目的。保持VDS不变，当VGS较小时IDS很小，称为“关”态；当VGS较大时，IDS达到一个饱和值，称为“开”态。1.3主要性能指标
对有机半导体层的要求主要有以下几个方面：第一，具有稳定的电化学特性和良好的π共扼体系，只有这样才有利于载流子的传输，获得较高迁移率；第二，本征电导率必须较低，这是为了尽可能降低器件的漏电流，从而提高器件的开关比。此外，OFET半导体材料还应满足下列要求：单分子的最低未占分子轨道(LUMO)或最高已占分子轨道(HOMO)能级有利于电子或空穴注入；固态晶体结构应提供足够分子轨道重叠，保证电荷在相邻分子间迁移时无过高能垒。因此，评价OFET的性能指标主要有迁移率、开—关电流比、阈值电压3个参数。场迁移率是单位电场下电荷载流子的平均漂移速度，它反映了在不同电场下空穴或电子在半导体中的迁移能力；开—关电流比定义为在“开”状态和“关”状态时一的漏电流之比，它反映了在一定栅极电压下器件开关性能的优劣。为了实现商业应用，OFET的迁移率一般要求达到0.O1 cm2 /(V·s)，开—关比大于10。对于阈值电压，要求尽量低。OFET发展至今，电压由最初的几十甚至上百伏下降到5 V甚至更低。开关电流比由102~103提高到109，器件载流子迁移率也由最初的10-5 cm2 /(V·s)提高到了15.4 cm2/(V • s)。
器件性能通常用输出特性曲线和转移特性曲线来表征。
图4是以聚合物PDTT为半导体材料的顶结构OFET输出特性曲线(a)和转移特性曲线(b)图。从图4(a)可以看出漏电流ID在VD绝对值小于20 V范围内随VD绝对值的增大而增大。图4(b)中，ID随着VG负电压绝对值的增大而增大。最终计算出该器件的迁移率为2.2x10 3 cm2 /(V·s)。
图4顶结构OFET输出特性曲线及转移特性曲线图
2有机半导体材料
目前研究较多的是单极性有机场效应晶体管，根据有机半导体层材料的不同可将其分为p型材料和n型材料两大类。2.1 p-沟道有机半导体材料
p型半导体材料又称空穴型半导体材料，即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体材料，p型有机材料又分为p型高聚物、p型低聚物、p型小分子3类。常见的p型有机半导体材料结构见图5。
图 5典型 p 型有机半导体材料化学结构
2.1.1 p沟道高聚物
高分子聚合物(如烷基取代的聚噻吩等)优势在于可使用涂膜甩膜、LB膜等方法制备。这些制备方法优点是工艺简单、成木低廉，缺点是有机材料难于提纯且有序度较低，从而导致了高分子材料较低的迁移率。聚噻吩(PTh)经过真空干燥后作为活性材料空穴迁移率为0.25 cm2 /(V·S)。基于噻吩的聚合物，poly(3-hexylthiophene)(P3HT)被广泛的研究。烷基可以通过头-尾(H-T)相连和头-头(H-H)相连两种方式被引入聚噻吩链。引入烷基的聚噻吩链与基底接触展不了高度有序的自适应薄膜结构。经H-T方式引入烷基的P3HT迁移率接近0.2 cm2 /(V • s)，开关电流比接近106。使用LB成膜技术的P3HT迁移率为0.02cm2 /(V•s)。
Takashi Kushida等人对(P3HT)材料做了进一步的研究，他们通过旋涂的方法制成的OFET迁移率仅有1.3x10-4cm2 /(V·s)，通过改变成膜方法，采用微接触打印技术之后，得到1.6x10-2 cm2 /(V•s)的迁移率，比旋涂成膜方法提高了两个数量级。性能的提高归因于微接触打印方法生成的P3HT薄膜表面高度有序，有利于载流子的横向传输。2.1.2 p-沟道低聚物
常见的低聚物有噻嗯齐聚物和噻吩齐聚物等，与高分子聚合物相比，低聚物用于OFET有许多优点，如可通过调整分子的结构和长度来控制载流子的传输等。相关报道表明，星形低聚噻吩迁移率为2x10-4 cm2 /(V•s)，开关电流比达到102。一系列星形低聚噻吩衍生物也可作为OFET材料。如通过氯仿溶液旋涂得到薄膜，场迁移率达到1.03x10-3cm2/(V•s)，开关电流比103。以三基化胺为中心以π共扼噻吩为分支的混合材料也被合成出来，其空穴迁移率为0.011 cm2 /(V•s)。2.1.3 p-沟道小分子
有机小分子拥有聚合物无法比拟的优点：易于提纯，减少杂质对晶体完整性的破坏，达到器件所要求的纯度；一定的平面结构大大降低了分子势垒，有利于载流子高速迁移；易形成自组装多晶膜，降低晶格缺陷，提高有效重叠；较容易得到单晶，极大地提高了场效应迁移率。金属酞菁小分子因具有以上优点而被广泛研究，近几年取得了很大进展。2005年Yasuda等用Ca做电极制备的CuPc(酞菁铜)FET显示出电子和空穴两种载流子传输性质。2007年Opitz等人又提出用酞菁铜和富勒烯混合膜制备OFET的思想，并讨论了两种化合物不同的混合比率所对应的各种迁移率和阈值电压。利用5，50-bis-(7-dodecyl-9H-fluoren-2-yl)-2，20-hithiophene(DDFTTF)作为活性材料制成的OTFT器件空穴迁移率为0.11 cm2 /(V • s)，开关电流比为3.1x106cm2 /(V • s)，具有很高的灵敏度，可用于传感器材料研究。晶态并苯化合物的禁带宽度随着芳环数目的增加而降低，有很强的电荷注入能力，表现出很高的载流子迁移率。载流子的传输效率随着分子的有序调整或者晶体取向的改善而提高。并苯小分子表现出很好的性能也一直是研究的热点，尤其是并五苯材料。2008年中科院化学所采用20 nm厚的聚乙烯基咔唑(PVK)薄膜作为缓冲层，修饰并五苯与SiO2：的界面，制备了并五苯OFETs。结果表明，PVK缓冲层的加入明显提高了器件迁移率和开关比(迁移率约为0.5 cm2 /(V•s)，开关比约为107；同时显著降低了器件的夹断电压(器件的夹断电压的绝对值都小于20v)。不过有机小分子溶液粘度太低，难于用溶液法加工成膜，且多数有机小分子半导体对环境较敏感。Raphael等人研究了dithiophene}etrathiafulvalene(DT-TTF)单晶材料的性能，分别制作了以DT-TTF为有机半导体材料的顶接触和底接触OFET两种器件结构。对比发现顶接触结构的性能优于底接触器件结构，研究结果符合晶体形态学。2.2 n-沟道有机半导体材料
n沟道有机半导体材料也可称为电子型半导体。n型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。第一个n型OFET在1990年被报道。它采用双酞菁铬为场效应材料，但器件性能一般，载流子迁移率为2x10-4cm2 /(V·s)。n型有机半导体材料对氧和湿度较敏感，尤其是有机阴离子(特别是碳阴离子)很容易和氧发生反应，从而造成场效应迁移率低和晶体管工作性能不稳定。正因如此，n型有机场效应材料在数目上大大少于p型有机场效应材料。因此才找高性能，高稳定度的n型有机半导体材料已经成为了一项具有挑战性的工作。n型有机半导体材料也分为n型高聚物、n型低聚物、n型小分子3类。2.2.1 n沟道高聚物
n型高聚物所表现的性能参数并不是很理想，因此对其研究的相关报道很少。梯形聚合物BBL，经路易斯酸AlCl3或GaCl3掺杂后迁移率达到0.06cm2/(v·s)。PCBM 和 PCBM 与 P3HT 的混合物(1∶ 2)作为太阳能电池材料而被广泛研究，在室温下的电子迁移率分别为10-3cm2/(V·s)和10-4cm2/(v·s)。2.2.2 n沟道低聚物
第一个n型低聚物OFET是由全氟烷基低聚噻吩衍生物DFH-6T制备的，在真空条件下其载流子迁移率达0.24 cm2 /(V·s)。同时，该小组设计并合成了全氟芳基低聚噻吩F一衍生物，在溶液加工条件下制备的OFET室温时载流子迁移率达0.08 cm2 /(V • s)。这些低聚物表现出独特的填充特性，通过溶液处理的低聚物为高度有序的薄膜表现出单晶形态特性。2005年，Yoon等人合成了含有碳基的n-沟道低聚噻吩。例如DFHCO-4TCO，迁移率大致为0.O1 cm2 /(V·s)，而通过真空蒸镀成膜DFHCO-4T，电子迁移率达0.6 cm2 /(V·s)。溶液旋涂发成膜的DFPCO-4T，也达到0.24 cm2 /(V • s)的电子迁移率。2.2.3 n-沟道小分子
n沟道小分子的研究主要集中在并五苯，萘，二萘嵌苯，金属酞菁，萘酞亚胺，富勒烯以及其衍生物上。最初Katz等人对萘酞亚胺进行了研究，但迁移率较低。利用具有可溶特性的萘二酞亚胺(NDI)和花二亚酞胺(PDI)的衍生物制成的场效应晶体管电子迁移率分别可达10-2cm2/(V • s)和5x10-4 cm2/(V•s)。并且基于PDI衍生物的场效应晶体管显示出双极性特性。而 Chesterfield等人报道二烃基取代的二萘嵌苯衍生物PDI8在真空中电子迁移率达0.6 cm2/(V • s)，开关电流比大于105。同样PDI13通过140 0C锻烧之后迁移率达2.1cm2/(V·s)。2，4，6-tris(4-cyano-1，2，5-thiadiazol-3-yl)-1，3，5-triazine(TCTDT)材料由于具有较低的LUMO轨道，有利于电子的注入和传导，并且TCTDT原子半径较小，更有利于电子祸合作用力等优点而被广泛研究和报道。利用TCTDT材料制成的顶接触OFET器件电子迁移率为0.04 cm2 /(V•s)，开关电流比为102，阈值电压为-18V，并且器件在空气中具有很高的稳定型和重复性。carbonyl-bridged conjugated compound(C-BTz)材料具有较低的LUMO能级，其分子结构有利于载流子的传输。具有较高的空气稳定性。以C-BTz作为活性材料制成的OFET器件载流子迁移率为0.06cm2 /(V•s)，开关电流比106。n型球状小分子C60是一种性能很好的材料，具有很好的各相同性固体，不需要像其它有机半导体一样特别控制其分子取向。通过溶液加工处理的方法以C60及C70衍生物为半导体材料制成的场效应管电子迁移率分别为0.21 cm2/(V·s)和0.1 cm2/(V·s)。C60-ferrocene共扼分子也被作为OFET活性材料研究，使用C60-ferrocene共扼分子制成的OFET器件电子迁移率0.04 cm2 /(V•s)阈值电压为-22 V。进一步研究表明，当使用C60-ferroce，共扼分子制成n型OFET器件载流子迁移率高于P型OFET器件，这是因为C60作为电子受体，而ferrocene是电子受体，二者之间的传送带使得载流子传送效率更高。
图6列出了几种常见的n型有机半导体结构图。
图6典型n型有机半导体材料分子结构 3绝缘层材料
早期有机场效应晶体管通常采用无机材料作为介电层材料。例如：Si，SiO2，TiO2，Al2O3等无机材料具有较高的介电常数、好的热力学稳定性、不易被击穿、耐高温等优点。但是由于无机材料不能适应柔性加工，不能采用溶液成膜的印刷生产技术，且其加工尺寸已经接近极限，以及成膜太薄会产生较大的漏电流等缺点。因此，为了实现未来低成本、大面积、可柔性加工的工业生产目标，使用高性能有机绝缘体材料来代替无机材料已成为未来发展的必然趋势。对OFET有机绝缘层材料的选取主要有以下几点：(1)由于绝缘体是夹在有机半导体层和栅极之间的三明治结构，所以首先要保证与二者都能很好的相容。(2)要防止静电荷或者动态电荷注入绝缘层界。(3)具有低的表面陷阱密度，低粗糙度，低掺杂浓度，以及滞后现象尽量小。(4)能适应大面积、常温、柔性、低成本的溶液加工技术。另外，加工制作时应尽量将栅极全部覆盖，这样可以有效防止漏电流。
聚苯乙烯PS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA已被用来作为绝缘层材料。但是它们的电容特性并不理想。聚乙烯醇(PVA)和聚乙烯苯酚(PVP)是两种应用广泛的聚合物绝缘体材料。2008年Yang等人利用P3 HT作为有机半导体层，使用PVP和poly(melamine-co-formaldehyde)(PMF)混合物在经过200℃热处理后作为绝缘层材料制成的P3HT-0FET测得载流子迁移率为0.1cm2/(V·s)，阈值电压2 V，开-关电流比1.2 x 104。同时他们又研究了在PVP与PMF混合的绝缘层中以不同比例加入PAG(Photo-acid generator)利用120℃光处理过程制成的OFET，结果发现载流子迁移率可达0.06 cm2/(V•s)阈值电压降至1.4 V，开关电流比也提高至3.0×104。高介电常数的聚合物cyanoethylpullulan(K = 12)也被用来作为绝缘层材料。苯并环丁烯(BCB)作为绝缘体材料表现出了很低的漏电流特性，但是由于它的高温需求，使它尚不能被用于生产。Parylene C作为绝缘材料的顶栅和底栅设备迁移率分别为0.1 cm2 /(V·s)和0.4 cm2 /(V•s)，顶栅结构的迁移率较小是面粗糙度所致。使用聚氧化乙烯(PEO)-高氯酸锂做为绝缘材料的顶栅结构OFET具有很高的电容特性。近几年，杂化材料作为绝缘层材料也成为研究的热点。2008年Kim等人研究了以并五苯为有机材料，以SnO2 /PVA混合的杂化材料作为绝缘层制成的有机薄膜晶体管。证明了有机-无机杂化材料可以对晶体管起到很好的防护作用，增强设备的长期稳定性。同年，我国吉林大学也在绝缘层研究上有突破。该研究小组利用酞菁铜作为有机半导体材料，研究了以P(MMA-co-GMA)共聚材料作为绝缘层材料制成的晶体管迁移率、开-关电流比、阈值电压分别为(1.22×10-
2、7×103、一8V)。性能明显优于仅使用PMMA作为绝缘层材料的晶体管(5.89×10－
3、2 ×103、－15 V)。这些性能的提高是因前者增强了酞菁铜表面的结晶度所致。常见的有机绝缘体材料如图7所示。
图7典型有机绝缘体材料分子结构 OFET的制备技术
有机半导体材料的选取对于有机场效应晶体管的性能影响固然至关重要，但是器件特性以及性能的好坏在很大程度上也取决于有机薄膜的结构与表面形态。高度有序的有机共扼分子的π键在源漏电极方向上得以最大的重叠，以而提高载流子传输效率，从而使器件具有较好的性能。有机薄膜的制备方法通常有真空技术、溶液处理成膜技术、单晶技术等几种。通常按照原材料的化学结构和性能来选取合适的方法。4.1真空镀膜
真空镀膜方法是目前使用最为普遍的方法之一。这种技术的优点是通过控制蒸镀速率来控制膜的纯度和厚度，并实现膜的高度有序。真空技术通常包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)、离子溅射四种方法。其中最重要且使用最多的方法是PVD技术。它是液体或固体物质受热蒸发或升华转化为气体后在沉积在基底表面形成薄膜的方法。许多有机小分子如并五苯很难找到合适的溶剂将其溶解，很难用溶液加工成膜，真空技术就可以用来成膜。利用并五苯作为有机材料制成的沟道长度为1 μm的顶接触OFET在300 k和5.8 k的场迁移率分别为1.11cm2 /(V•s)和0.34 cm2 /(V•s)。开关电流比分别为107和105，这说明场迁移率也受温度的影响。但是真空蒸镀技术仪器设备复杂，成本较高，不适合大面积的工业化生产。4.2溶液处理成膜
溶液处理成膜技术被认为是制备OFET最具有发展潜力的技术。它适用于可溶性的有机半导体材料，结合大面积印刷技术可以大大地降低成本。常用的溶液处理成膜技术主要包括电化学沉积技术、甩膜技术、铸膜技术、预聚物转化技术、L-B膜技术、分子自组装技术、印刷技术等。前4种技术成膜的有序性较差，我们这里主要介绍目前在OFET制备中最具有发展前景的，成膜有序性较好的后3种技术。
4.2.1 Langmuir-Blodgett(L-B)膜技术
具有表面活性的两亲分子溶于易挥发的溶剂中形成的溶液可以通过在水面上铺展，而在空气/水界面形成不溶于水的铺展膜，通过控制表面压力将这层膜转移到固体基底上，从而制备单层L-B膜，进行多次转移，就可以制备多层膜。它是一种可以在分子水平上精确控制薄膜厚度的成膜技术。
2009年初我国山东大学和济南大学共同发表了一篇以酞菁染料铺的络合物为原料，使用L-B成膜技术设计制成的有机场效应晶体管的文章。参见图8，以亲水的冠醚(a)置于底部，疏水的辛基(b)置于顶部，金属铺位于中间，制成的三明治结构图8(c)。
图8亲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)组
成的三明治结构(c)利用L-B膜技术分别制成的以(HMDS)处理过的SiO2 /Si为基底和以(OTS)处理过SiO2 /Si为基底的顶结构有机场效应晶体管。图9是它们的原子力显微技术图像(AFM)。
图9以SiO2/Si为基底的AFM图像(a)，以HMDS处理过的SiO2/Si为基底的AFM图像(b)，以OTS处理过的SiO2/Si为基底的AFM图像(c)他们对比讨论了两种不同基底OFET性能的差别，可以看出图9(c)以octadecyltrichlorlsilane(OTS)处理过SiO2 /Si基底更有利于薄膜形态的有序性，因此显示了更好的性能。该结构空穴迁移率为0.33 cm2 /(V•s)，开关电流比为7.91×105。但由于L-B膜技术在材料设计上要求材料具有两亲性，使得对材料的选取和适用上受到了一定的限制。4.2.2分子自组装技术
自组装分子(SAMs)是分子与分子在一定条件下，通过分子与分子间或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别，依靠分子间的相互作用力，自发连接成结构稳定的、具有特定排列顺序的分子聚集体的过程。分子间相互作用力为分子的自组装提供必需的能量。自组装成膜技术较L-B成膜技术具有操作更简单、膜的热力学性质好、对基质没有特殊限制，且成膜材料广泛、膜稳定等优点，因而它是一种更具广阔应用前景的成膜技术。有机薄膜分子的有序程度受接触面相互作用的影响。使用分子自组装技术可以对界面进行修饰，从而提高分子排列的有序性进而提高器件性能。2008年日本的Hayaka-wa小组使用OTS自组装分子对SiO2界面进行修饰，与没经修饰的OFET进行详细对比，结果发现经OTS-SAM修饰的界面薄膜生长高度有序。其原子力显微镜图像对比如图10所示。晶体管性能也有很大的提高。然而分子自组装技术还会受到多种因素的影响，如成膜厚度、基片表面性质、溶液性质等。而构筑多层膜时分子自组装技术也不如L-B膜高度有序。
图10 AFM 图像(15×15μm2)[(a)－(c)] SiO2表面，[(d)－(f)] OTS表面 4.2.3印刷成膜技术
寻找简单、低成本、可大面积生产的印刷成膜技术将是未来非常有挑战性且有意义的工作。印刷技术主要有喷墨打印、微接触打印两种。碳纳米管能够适合室温的喷墨打印生产因而作为制备碳纳米管晶体管的材料而被研究。利用超纯的高密度的碳纳米管作为载流子传输层，离子凝胶作为绝缘层，PEDOT作为栅极材料，全部利用喷墨打印技术，在室温下以聚酰亚胺为衬底材料制成顶栅结构的薄膜晶体管。整个过程没有进行任何表面预处理工作，最后晶体管展示出很高的工作频率(大于5GHZ)开关电流比也超过100。这种能适应全室温全柔性的技术有希望应用于有机电子电路中。接触打印技术是将待成膜的有机半导体或绝缘体材料的溶液蘸在已设计的固定图案印章上，然后在衬底上生长出特定图案薄膜。由于要使用固定图案，对柔性基底的适应性就不好。并且打印多层结构时的精确性不好。4.3单晶技术
传统方法制备的OFET半导体层一般都是多晶薄膜，而多晶薄膜的晶界有许多缺陷，造成费米能级钉扎，产生电荷势垒，降低载流子迁移率，影响OF-ET器件性能。而单晶技术因具有以下优点而成为近两年研究的热点：(1)高能量带电粒子，固有的等离子体沉积技术，决定了有机半导体表面光滑且高度有序；(2)整个过程可以在常温下进行；(3)不需要高真空要求，适合低成本技术生产；(4)沉积过程速度快；(5)有机半导体单晶与多晶薄膜相比，晶界和缺陷都很少。因此有机单晶晶体可以避免一些多晶甚至非晶有机半导体薄膜中的缺陷、晶界等因素的干扰而获得有机半导体材料的本征性质。其载流子迁移率通常比多晶薄膜要高。有机单晶酞菁铁、酞菁铜、红荧烯都显示了双极性特性。Podzorov等人利用红荧烯单晶制备的有机单晶晶体管的场效应载流子迁移率高达8cm2/(V·S)。使用溶液法很难制备高纯度、低缺陷的单晶薄膜。一般单晶薄膜可以通过电化学沉积、扩散沉积、气相沉积等方法来制备。其中又以气相法最为常用。离子液体具有可在室温下工作、化学稳定性不断提高、防水、无毒、不挥发等特性，利用它的离子迅速扩散性能，可以制备出高性能的有机单晶晶体管。已有报道有机单晶半导体被应用于低成本微电极电路中，比如矩阵显T传感等领域。日本电力中央研究所与大阪大学联手开发出了采用离子液体的高性能有机单晶晶体管，基本结构见图11。
图11有机单晶离子晶体管基本结构
利用PDMS制成弹性体基底，使有机红荧烯单晶吸附在上面，在有机单晶体红荧烯与栅极间夹入了低粘滞度和高离子导电率离子液体1-ethyl-3-methyl-imidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide作为栅极绝缘体。外加栅极电压，离子就会发生迁移，在栅极与离子液体之间的界面和离子液体与有机单晶体之间的界面上，由离子蓄积而形成双电荷层。此时，由于离子液体中的离子与有机单晶体电极的距离只有1nm，外加微弱电压就实现了高电场。该开发晶的工作电压(约0.2 V)，为现有有机FET的约1/500~1/100。电荷迁移率更是高达10cm2 /(V•s)，达到了采用双电荷层的有机FET中的最大值。超过了非晶硅的电荷迁移率((1.0 cm2/(V·s)左右)，可满足有机柔性显示器所需的性能。另外，在0.1~1MHz的宽频率下具有高电解电容，并具备高速开关性能。Ono等人分析比较了也报道了加入五种不同阴离子液体制成的红荧烯单晶体管的性能。Nakanotani等人也报道了使用金-钙不对称电极介于BSB-Me单晶制成的具有双极性特性的晶体管，虽然只有0.005 cm2 /(V·s)的迁移率，但是由于BSB-Me具有很高的发光效率因而BSB-Me单晶晶体管也展示了很好的发光性能，有望用来制备蓝光固体激光器。
5结论与展望
从第一个具有真正意义上的有机场效应晶体管产生以来，它已获得了巨大的发展，OFET以其柔性好、成木低、质量轻等优点展现出良好的应用前景，并已经在一些低端市场取得应用。目前有机场效应晶体管面临的主要问题和发展趋势有以下几方面：
(1)在材料方面，类型过于单一，n型有机半导体材料较少，开关速度不稳定，大多数有机材料载流子迁移率过低。限制了有机场效应晶体管的进一步发展。因此，探索高迁移率且具有良好工作性能的新材料是OFET所要解决的问题之一。
(2)在器件制备技术方面，OFET器件的各层几乎都要涉及成木昂贵的真空技术，因此研制出新的成膜技术和更为简单、成木更低的制作工艺是近年来发展的一个方向。
(3)在制作工艺上，OFET的沟道长度很难进一步降低且器件存在开启电压大、工作电流低等缺点。
(4)从外界影响因素看，如材料的纯度、不同介电常数的绝缘层以及衬底温度等，如何排除干扰，提高器件的稳定性和寿命也应得到高度币视。
(5)从产业化角度看，要实现真正的产业化，有机电子器件在很多方面还需要不断的改进，例如，室温及大气环境下制备的器件性能还有待进一步提高，大气环境下器件稳定性和寿命也有待提高才能满足商业化的需求。
目前有机场效应晶体管材料和器件的发展面临着以上种种困难，尚不能与无机硅半导体材料相提并论。今后的研究仍然要以材料、器件工艺、器件稳定性和寿命为主要研究方向。另外，有机场效应晶体管目前仍然在延续使用无机MOSFET的载流子传输理论和模型，尚没有统一的有机半导体载流子传输机理。因此，探索一种适用于OFET的载流子传输机理和模型也是当前有待解决的难题。
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第二篇：基于有机半导体材料的有机场效应晶体管化学传感器
基于有机半导体材料的有机场效应晶体管化学传感器
摘 要：化学传感器是基于有机半导体材料的有机场效应晶体管的一个重要的应用方向。本文介绍了有机场效应晶体管化学传感器的工作原理和优点，总结了近年来有机场效应晶体管化学传感器的发展过程、优化方法，以及此类器件在气体传感、液体传感等领域的不同应用方向。并对有机场效应晶体管化学传感器在将来的阵列化、多功能、柔性化等方向的发展趋势做了展望。
关键词：有机半导体；有机场效应晶体管；化学传感器；柔性电子器件
中图分类号：O62 文献标识码：A
有机半导体是基于有机共轭分子的一类具有半导体电学特性的有机物，根据其分子类型可以分为小分子有机半导体和聚合物半导体。科研工作者们围绕基于有机半导体材料的电子器件展开了大量的研究，认为有机半导体将开辟电子器件的新时代――有机电子器件时代。目前为止，大量的有机半导体材料被发现，已经形成了一个巨大的半导体材料体系。据不完全统计，已发现的有机半导体材料已经超过700种。和传统的无机半导体器件相比，有机半导体继承了有机物的特性，因此拥有一些优点，例如：有机半导体结构的多样性允许通过分子设计实现材料的功能化；有机半导体材料具有柔韧性，可以利用柔性基底，制备全柔性器件，进而得到柔性显示屏、柔性集成电路、电子纸等可卷曲、可折叠产品；大部分有机半导体材料可采用低成本易操作的溶液法进行器件的制备，如喷墨打印、旋涂、滴注、印刷等，有利于大规模制备集成电路，制备成本低等。由于有机半导体的这些特点，因而科研机构广泛地研究其用在有机发光器件、有机光检测器、有机太阳能电池、压力传感器、有机存储设备、柔性平板显示、记忆组件、大规模集成电路、电子纸等众多领域的潜在应用前景。
有机场效应晶体管是以有机半导体材料作为核心的晶体管器件，其器件结构如图1所示，包含半导体层，介电层以及3个终端（源极，漏极和栅极）。由于有机半导体作为有机物本身的物理和化学特性，因此其导电能力容易随着外部的环境而变化，这一特性使得有机场效应晶体管在化学传感中有着良好的应用前景。
随着科学技术的发展，以及人类对生活环境和生活水平的要求的提高，能有效探测各类有害化学物质的传感器在国防军事，工业生产，环境监控以及医疗卫生等方面有着越来越重要的作用。而近年来，关于食品卫生安全方面的问题和隐患正越来越受到人们的重视，比如蔬菜水果上的农药残留，奶粉中的三聚氰胺、过期食品的滥用，以及有害化学添加剂在食品中的使用等一系列事件和现象，更使得能方便有效地检测食品安全的传感器成为当前亟待研究的重要课题。常用的化学检测仪器通常成本高，体积大，操作复杂，无法完全满足当前的实际需要。尤其是在人们的日常生活中需要低成本易操作的检测方法，现有的检测仪器和手段的应用受到很多方面的限制。因此，研究一种低成本，操作简单，携带方便的有害物质探测传感器具有非常重大的科研意义。
基于有机场效应管的传感器有着成本低，简单轻便，检测方便快速等诸多优点。能极大地弥补大型化学检测仪器的不足，适合在日常生活中广泛应用，成为对现有化学检测仪器和手段的有效补充。更重要的是，可以通过化学合成的方法制备合成带有特定分子基团和分子结构的有机半导体材料，在保持材料的电学性能的同时，控制改变材料的化学特性，从而大大提高有机半导体材料对特定化学物质的探测灵敏度和选择性。此外，基于晶体管结构的传感器能直接以输出电流作为传感器的输出信号，不需要进行信号转换，因此结构简单，非常有利于传感器的小型化。相对而言，许多其他类型的传感器需要专门的附加器件把某种物理量或者化学量转化为电信号进行测量，使得整体的传感器器件结构相对复杂，不利于在日常生活中大范围地使用。而且基于晶体管结构的传感器能提供更多的关于探测目标物质的信息，从而得到更准确更具选择性的探测。
有机场效应管化学传感器的传感探测工作原理就是利用被检测物分子与有机半导体层之间的物理、化学反应来实现检测。例如利用被检测物质和有机半导体层的电荷相互作用、电荷掺杂等相互作用，引起有机场效应晶体管中的电荷的移动速度、浓度的改变，从而改变器件的输出电流特征，从而实现对化学物质的辨识性和定量化检测，因此提高传感灵敏度和选择性的基本策略是加强待检测物与半导体特异性相互作用。
早期有机场效应晶体管化学传感器的研究主要集中气体传感中。近些年，有机场效应晶体管的研究被拓展到了液体传感中。比如斯坦福大学的鲍哲南教授和她领导的团队报道了能在水溶液环境下工作的基于有机半导体薄膜晶体管的传感器。当前国际上现有研究中的有机场效应晶体管化学传感器基本都基于薄膜晶体管结构，然而有机半导体薄膜结构的固有特性限制了化学传感器灵敏度和反应速度进一步提高的空间。因为探测目标分子需要在有机半导体薄膜中扩散传输，并在所有可吸附点达到浓度平衡后才能使有机场效应晶体管化学传感器的反应达到最高点。因此有机场效应晶体管中有机半导体薄膜的厚度在近几年的研究中不断被减小，以减小探测目标分子在扩散穿透薄膜所需的时间，从而提高传感器的灵敏度和反应速度。科研人员曾研究开发了超薄的有机半导体薄膜晶体管传感器，最薄的有机半导体薄膜达到了几个纳米厚度，已经接近了这种薄膜结构的极限，无法再通过减小有机半导体薄膜厚度来进一步提高传感器性能。
未来的有机场效应晶体管，其发展方向主要有阵列化、多功能、柔性化等方向。阵列化的有机场效应晶体管使用多个同类或不同类的有机半导体和晶体管单元，将他们整合在一个器件上，这样不同的器件会对每种化学探测目标有不同的反应，从而形成一?N反应图谱，以此能有效提高器件的探测选择性和准确度。多功能化指器件具备除了化学传感以外不同的探测能力，例如对温度和压力的探测。柔性化的有机场效应晶体管利用有机半导体本身的柔性优点，制备整体能弯曲变形的传感器薄膜，可以在电子皮肤等领域有潜在应用。此外，进一步提高有机场效应晶体管化学传感器的长期稳定性也是一个重要的发展方向。而从传感器种类方面看，有机场效应晶体管传感器的种类将越来越多，也越来越完善。有机场效应晶体管传感器的核心部分是有机半导体层，因此有机半导体材料的发展对有机场效应晶体管传感器的发展起到重要推进作用。随着有机半导体材料种类的继续增多，基于有机半导体材料的传感器种类和数量也将逐渐增多，这种便捷的低成本传感器将用于更多的场合，获得更好的性能。
参考文献
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第三篇：有机烟草研究现状及发展趋势研究
摘 要：烟草的无害化是指减少因人类活动给烟草作物增多的潜在危害，控制烟草中的农药残留，使烟草中仅剩下本身原有的有害物质。基于此，首先简要介绍了有机农业与有机烟草的概念，对有机烟草的产生背景进行了简要分析，着重研究了有机烟草的研究现状及发展趋势。
关键词：有机烟草； 研究现状； 发展趋势
有机烟草是一个比较新鲜的名词，现代社会对有机食品的研究越来越多，但对有机烟草的涉及还有所欠缺。烟草本身就是一种特殊的作物，加之现代社会对吸烟有害健康的宣传，所以，对于烟草的争议颇多。1 有机农业与有机烟草
有机农业是指在生产中完全或基本不用人工合成的肥料、农药、生长调节剂和畜禽饲料添加剂，而采用有机肥满足作物营养需求的种植业。而有机烟草是指源于有机农业生产体系，根据有机食品生产标准生产加工，并通过合法的、独立的有机食品认证机构认证的烟草[1]。近年来，有机农业的生产方式不断在各个国家得到推广，有机农业的种植面积也在逐年增加。有机农业其实是最古老的农业形式。在二战之前，人们在种植作物时还没有肥料和各种杀虫剂，所以，农产品没有化学污染，后来，人们在战争过后，发现作为炸药使用的化学药品可以作为肥料派上用场。从此之后，农业种植出来的作物上残留的农药毒害越来越多，有机农业又被重新提上日程。2 有机烟草产生的背景
随着《烟草控制框架公约》的出台，标志着世界控烟政策的发展方向。这一公约对全世界一百多个国家具有法律效力。由于在我国出口的烟草检测出含有转基因的烟叶，很多国家不再从我国进口烟草。还有一些国家因为我国烟叶中残留的化学物质太多，而拒绝进口我国的烟草。目前，烟草的安全性及品质已成为我国烟草业发展的瓶颈。之前人们因为农药及肥料对农作物的生长有很大的促进作用，因此纷纷购买使用，导致现在很多农产品的质量严重下降，有的甚至对人体的健康构成了一定威胁。现已有部分国家对一些有剧毒的农药发出了禁止令。现代社会，烟草是一个敏感的话题，吸烟有害人的身体健康，这是众所周知的，然而，现在危害人体健康的因素又多了一项，那就是烟叶中残留的有害化学物质，因此，人们开始关注有机烟草。研究现状及发展趋势
3.1 研究现状 国外对有机烟草的研究比较早，1987年，美国就已制定了对进口烟草中农药残留的标准。2002年，美国农业部实施了“国家有机项目”的标准，部分地区开始按照“国家有机项目”的规定种植有机烟草。除美国之外，德国、西班牙、巴西等国家也在不断发展有机烟草。罗马尼亚的一家独立烟草生产商利用自己种植的烟草生产百分之百的有机烟草叶丝。他们生产的产品不添加任何化学药剂，在对烟丝进行处理的过程中也不会应用有毒的添加剂。有机烟叶在国外的研究一直保持着良好的发展势头[2]。
在我国，随着与《无公害烟叶生产技术研究》有关的几个科技开发项目的实施，我国开始限制对农药的使用，逐渐关注农药残留对农业环境的污染，以期提升烟叶的质量。近几年，我国烟草行业建立了多个标准化示范县，在2005年启动了中国《烟草质量管理体系》的研究项目，确立了4个烟草分公司为试点单位，最终都取得了比较理想的效果。3.2 发展趋势 有机食品的声誉一直很好，各种有机食品现已受到各个国家的青睐，尤其是欧美国家，一直走在有机食品发展的前端。在我国有机食品发展中，虽不如国外的发展那般先进，但也没有太过落后。我国在加入世贸组织后，对有机食品的重视程度也在逐年加大。由于烟草的特殊性，全世界对它的关注程度相对其他普通作物要更加重视。现代社会，人们的生活水平逐渐升高，对精神世界的追求标准也在不断升高，尤其是在食品安全及身体健康上越来越重视。因此，有机食品迅速发展起来[3]。与此同时，有机烟草也开始步入生产。
国际上对烟草的检测标准越来越严格，进口的烟叶要求提供种植烟草时的详细情况，包括产地的生态环境、病虫害的防治措施等。世界卫生组织规定只有检测和报告烟草成分的烟卷才能进入国际市场。这一规定说明，发展有机烟草是一种趋势。我国烟草生产是世界烟草业的重要组成部分。但近几年，由于国际烟草市场逐渐形成以环境为标准的贸易壁垒，使得我国的烟草业受到一定的打击。然而，在世界烟草生产及贸易的影响下，有机烟草的发展必然会成为一种国际趋势。4 结语
对有机烟草的研究具有其现实的意义。现在全世界的吸烟人群众多，为减少烟草对烟民二次危害，应不断提高技术，降低农药或者肥料中的有毒化学物质在烟草中的残存量，更好地提高烟草的质量，对我国烟草业在世界上的发展也具有一定的积极作用。
第四篇：我国有机农业发展潜力研究
我国有机农业发展潜力研究
上世纪80年代以来，越来越多的人注意到，现代常规农业在给人类带来高度的劳动生产率和丰富的物质产品的同时，由于现代常规农业生产中大量使用化肥、农药等农用化学品，使环境和食品受到不同程度的污染，自然生态系统遭到破坏，土地生产能力持续下降。
1）现代农业生产带来了严重的环境污染问题。大量的化肥使用是使江河湖泊富营养化的主要因素，也是地下水硝酸盐含量增加的原因。农药、除草剂和使用致使各种野生生物大量减少，破坏了生态平衡。
（2）破坏土壤结构，土壤有机质含量减少，水土流失严重，土壤板结，生产力下降。
（3）消耗大量的不可再生能源，是一高能耗系统。
（4）过分集约的畜禽养殖,使动物失去了作为生命的快乐和意义,在伦理道德上是不可接受的。
（5）食品质量下降。作物生长过快、产量高、但品质下降，而且高农残、高硝酸盐含量是对人类健康的最直接威胁。
（6）社会和农民的经济负担增加，增产不增收。农民的生产环境恶化，随时都有受到化学品毒害的风险。
为探索农业发展的新途径，各种形式的替代农业概念和措施，如有机农业、生物农业、生态农业、持久农业、再生农业及综合农业等应孕而生。虽然名称不同，但其目的都是为了保护生态环境，合理利用资源，实现农业生态系的持久发展，但又各有侧重。有机农业是最具代表性的例子。
有机农业是一种环境要求最为严格的持续农业系统。有机农业的概念起始于本世纪二十年代，由德国和瑞士首先提出。在八十年代里，随着有机农业的指导思想是耕作与自然的结合。（“有机农业”这一名称原文／德文中“生态”这个词就表现了与自然的关联，在农业体系外也是如此）。在有机农业中自然的生命进程应受到促进，营养物质的循环应尽可能保持完整。种植和养殖应该结合起来。包含人类，土地，植物和动物的农场被视为一个多元的整体，即一种有机整体。从这种基本想法中得出了循环耕作的思想及其尽可能完整的营养物质的循环。这一点在对植物生长特别重要的氮的例子上就体现得很清楚：有机耕作的农
民不用矿物氮源来施肥，而是利用豆科作物固氮的能力来满足植物生长的需要。种植的豆科作物用作饲料，由牲畜养殖积累的圈肥再被施到地里，培肥土壤和植物。
有机的土壤生物（微生物，昆虫，蚯蚓等）使农业用地固有的肥力得以释放出来。植物残渣，有机肥料还田以及种植间作作物有助于土壤活性的增强和进一步的发展。土地通过多年轮作的饲料种植得到休养，农家牲畜的粪便被充分分解并释放出来。
这样，自我生成的士壤肥力并不依赖于代价昂贵且耗费能源生产出来的化肥，而是农民自己的“资本”：从农场耕作上很难形容这种“资本”。有机耕作的农民有意识地精心照料这种敏感的财富：他的任务就在于促进，激发并利用这种自我调节，以期能持续生产出健康的高营养价值的食品。一个有机农民不会在农场里简单地引进缺少的东西或找替代品（例如从氮肥袋中），或者压制不想要的东西（如借助合成的农药）。他知道如果使用化学手段会产生对农业，牲畜及环境的无法估量的副作用。因此他会设法预先避免导致失调（如病害或过度的虫害袭击）的原因产生。这一点他在种植中通过用符合当地情况的方式进行轮作，适时进行土壤耕作，机械除草及使用生物防治等方法来达到（例如种植灌木丛或保护群落生态环境）。
与土地结合的牲畜养殖指的是有机耕作的农民只养殖其土地能承载的牲畜量。通常来说牲畜承载量是每公顷一个成熟牲畜单位，因为有机生产标准只允许从外界购买少量饲料。这种松散的牲畜养殖保护环境不受太多牲畜或人类粪便的硝酸盐污染，它帮助一个农场的形成并使人们可以采取符合牲畜需要的养殖方式。以上述标准进行的牲畜养殖通常情况下只产生土地能接受的粪便量。饲料和作物的种植处于一种相互平衡且经济的关系。因为牲畜数量少的话，农民可以照料得精心一些。
把农业说成是不用化学合成氮和有植物保护的农业当然是对的，却并不能完全体现有机农民的意图和基本思想。成功的有机农业的前提是具有良好的基础条件，也就是说耕作者广博的知识背景和拥有的生产技术。
有机农业的目标在于：
〃培肥土壤肥力
〃持续保持养份循环
〃根据不同种类牲畜的需要进行养殖
〃生产健康的食品
〃保护自然的生存基础：土壤，水，和空气
〃尽可能少污染环境
〃积极进行自然和物种保护
〃注意能源和原材料储存
〃消耗农业劳动力
有机农业以拒绝使用人工合成的农用化学品和对环境有益而著称，但20世纪20年代最初提出有机农业概念时还没有大量出现农用化学品，也没有严重的环境问题。那么，有机农业的先驱者们，德国的Steiner、瑞士的Muller、英国的Howard和Balfour、美国的Rodale等，究竟是从什么角度提倡发展有机农业的？
他们是从健康的角度，而不仅是从环境的角度提倡用有机的方式进行农业生产，强调在相对封闭的系统内循环使用养分来培育土壤肥力和生命活力。这些先驱者们不是简单地看待疾病和导致疾病的原因，而是努力从整体观念探索健康的根源。BaHour作为人类营养学先驱 SirRobertMcCarrison的学生，发表了对健康的著名论述，即土壤、植物、动物和人类的健康是息息相关不可分割的整体。Robert先生在系统地观察许多人及其饮食习惯后，发现最健康的人的饮食多为来源新鲜、少加工、营养保持完整的食物，农业生产的食品则来自于自然循环完整的系统，没有受到化学物质的干扰。Robert的观察充分证明了Balfour的论述。目前流行的自然医学就非常重视有机食品在保持人类身体健康方面的作用。世界有机运动友好协会会长，自然医学博士张明彰先生自1982年起在世界各地倡导有机理念和自然疗法，创立了“有机生活七大指导原则”和提倡消费有机食品。这个指导原则是根据“简朴生活、自然而健康的生活方式和力行维护环境的古老传统而来，重点为生活方式必须和大自然即阳光、空气、水与其它生物完全融合”。针对当今世界污染严重的实际情况，提出“吃有机食物，过自然生活”等完整的有机理论。自然医学的理论正是有机农业健康思想的具体应用。
除健康之外，有机农业的另一思想是可持续发展IFOAM1977年召开的第一次科学大会的主题就是“迈向可持续农业”。salfour在其报告中指出可持续农业的本质就是永久性，意味着要采用保持土壤永久肥力的技术，尽可能使用可再生
资源，不污染环境，促进土壤和整个食物链中的生命活力。E．F．Schumacher在他的“小的就是美丽”一书中提出了人们应通过发展一种带有新型生产方法和消费模式的可持续性生活方式来代替建立在增长与消费基础上的经济。这种生活方式必须建立在限制的基础上，“因为我们生存的世界是有限的”。只允许使用和采取一些耗费很少的方法和措施，以便使每个人归根到底都能接受它。它们适宜于小规模使用，并与人类对创造的需求相一致。由这种特性中产生出人类对自然的“持久”的无暴力性和态度。有机农业就是实现这一目标的方式之一。
随着有机农业的发展，社会公正性日渐受到重视。要为有机生产和加工的每一个人提供高质量的生活，以满足他们的基本需要和从工作中得到足够的收人和快乐，包括安全的工作环境。在有机食品的贸易过程中，要采取公平贸易的方式，保证农民的利益。
日本冈田茂吉先生提出的自然农法的思想精辟地表达了以上有机农业的本质，即“尊重自然，顺应自然规律，与自然秩序相和谐”，“充分发挥土壤本身的伟大力量来进行生产”，希望地球上建立一个“没有贫穷、没有疾病，没有战争的天堂”。
有机农业产生是随着政治、经济和环保意识的发展而变化，目前，有机农业已经成为国际现代农业的另一个分支，代表着现代农业的发展方向，但是由于各国的经济状况和从事有机生产的动机和目的的不同，对有机农业概念的理解的侧重点已不同，从而形成了概念的多元化。
欧洲把有机农业描述为，一种通过使用有机肥料和适当的耕作和养殖措施，以达到提高土壤的长效肥力的系统。有机农业生产中仍然可以使用有限的矿物物质，但不允许使用化学肥料。通过自然的方法而不是通过化学物质控制杂草和病虫害。
美国农业部把有机农业定义为是一种完全不用或基本不用人工合成的肥料、农药、生产调节剂和畜禽饲料添加剂的生产体系。在这一体系中，在最大的可行范围内尽可能地采用作物轮作、作物秸秆、畜禽粪肥、豆科作物、绿肥、农场以外的有机废弃物和生物防治病虫害的方法来保持土壤生产力和耕性，供给作物营养并防治病虫害和杂草的一种农业。尽管该定义还不够全面，但该定义描述了有机农业的主要特征。
我国有机农业工作者将有机农业定义为是指遵照有机农业生产标准，在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物，不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质，而是遵循自然规律和生态学原理，协调种植业和养殖业的平衡，采用一系列可持续发展的农业技术，维持持续稳定的农业生产过程。这些技术包括选用抗性作物品种，建立包括豆科植物在内的作物轮作体系，利用秸秆还田、施用绿肥和动物粪便等措施培肥土壤保持养分循环，采取物理的和生物的措施防治病虫草害，采用合理的耕种措施，保护环境防止水土流失，保持生产体系及周围环境的基因多样性等。有机农业生产体系的建立需要有一定的有机转换过程。
谈起有机农业，人们普遍将其与中国传统业等同，与低产量、低效益、甚至饥荒相联系，继而推之在人口众多、土地资源相对缺乏的中国，有机农业不可能得到发展。
有机农业尽管与中国传统农业有着广泛的联系，但它们并不等同。它们之间的区别主要表现在以下几个方面。时代背景
中国传统农业是在科技水平不发达，生产力水平较低下的条件下，人们不断对农业生产三大要素“天、地、人”及其相互关系进行探索，对其规律进行总结和概括，逐渐进步的结果。这种农业大量使用有机肥、种植绿肥，进行病虫害的农业防治与生物防治是在没有化学肥料和农药可资利用的情况下而进行的。而现代有机农业是由于人们认识到石油农业高能耗，高投入，土壤退化，环境污染，病虫抗性，农药残留等弊病，从保护土地资源的角度提出来的。它是在科学进步、工业化水平高、人们环境意识不断增强的背景下诞生和发展的，是对农业生产中化学能投入的主动排斥或约束。科学技术水平
传统农业是一种经验农业，缺乏系统的现代科学理论的指导，对自然规律的认识往往只停留在表面现象上，而不知其本质。现代有机农业是随着生物学、生态学、土壤学的发展，随着对自然规律的本质了解，人们对我国传统农业数千年长盛不衰的科学反思，是对人与自然的关系重新认识的结果。因此有机农业不像传统农业那样，仅以直接经验为指导，而是以现代科学进步为背景。有机农业的发展也不只是靠经验总结，而是在吸收我国传统农业经验的基础上，以生物学、生态学原理为指导进行科学试验，在试验中探索解决问题的办法，在试验中取得精确数据，并在试验研究中不断发展。生产能力
中国传统农业是以人畜力为主的农业，没有先进的生产工具，劳动生产率相当低下。而现代有机农业是建立在先进的劳动生产工具和科学技术成果的基础之上的。就作物品种而言，科学选育的高产作物品种(不包括基因工程品种)，是农业获得高产的前提，只要有机农业能保证提供足够的有机肥料，就可能获得同现代农业一样的，甚至更高的产量。在作物病虫害防治方面，生物防治较之传统农业有很大的进展，微生物农药已有大规模生产的产品，天敌益虫的人工繁殖也有突破，如利用苏云金杆菌、青虫菌、白僵菌、核多角体病毒防治农林害虫，应用松毛虫赤眼蜂防治玉米螟等。有机肥的生产也能工厂化进行。还有现代化的农业机械，运输工具，水利设施，科学的管理方法等。这些提高劳动生产效率，节约劳力，增加效益，战胜自然灾害的农业生产条件和方法都是传统农业所无法比拟的，而它们又是保证高产高效的必要条件。
在有机农业生产体系中，按照有机的生产方式生产的产品，通常称为有机食品。
有机食品通常是指来自于有机农业生产体系，根据国际有机农业生产要求和相应的标准生产加工的，并通过独立的有机食品认证机构认证的一切农副产品，包括粮食、蔬菜、水果、奶制品、禽畜产品、蜂蜜、水产品、调料等。有机产品除包括食品外，还包括纺织品、皮革、化妆品、林产品。
原料必需来自已经建立的有机农业生产体系，或采用有机方式采集的野生天然产品；
产品在整个生产过程中必须严格遵循有机食品的加工、包装、贮藏、运输等要求；
生产者在有机食品的生产和流通过程中，有完善的跟踪审查体系和完整的生产和销售的档案记录；
必须通过独立的有机食品认证机构的认证审查。
第五篇：大豆有机栽培技术及病虫害防治研究
大豆有机栽培技术及病虫害防治研究
大豆作为北方的主要粮食作物之一，是重要的油料作物，目前大面积种植主要以河北省、黑龙江等地区为主，大豆富含丰富的植物蛋白，给我国的经济带来了巨大收益。目前我国农业的发展不断进步，农业种植技术不断提升，而大豆作为其中一种种植物，为了增加农民收入，提升农民的生活水平，需要不断更新和引进先进的种植、栽培技术，大力发展有机农业技术，确保今后的大豆种植实现增产增量的目标。
一、有机食品
有机技术是现代人所追捧和热爱的技术之一，例如有机蔬菜、有机水果以及绿色食品等，特别是21世纪后，绿色农业发展成为一种新的特色，人们更加追求天然食品，注重自身健康和食品安全，进而出现的有机物。有机食品是一种天然原生态的食品，在实际栽培种植中不适用任何化学剂和肥料，土壤、种子及成形食品全部进行有机认证，食品属于天然、无添加，在每一道工序中均未使用化学药剂，如催熟剂、保鲜剂、抗生素、添加剂等，此类产品受人们的喜爱。有机产品在初期阶段可能会受各方面因素导致产量下降，种植期间耗费的劳动力大，但是其优势是生产成本低，出售价格高，可进一步提升经济收益，因此开展大豆有机栽培技术非常重要。
二、大豆有机栽培技术
1、修正地段和环境。栽培有机大豆首先要具备良好的生态环境，生态环境具备平整、肥沃土地，田间内无残茬、残株，具备充足的阳光、水分等，另外有机食品无污染，因此要考虑大豆栽种周围是否有工厂、矿区以及生活垃圾点等，远离被污染的环境点，土地和水质量必须达标。
2、选种子。大豆种子是高产有机大豆的重要保障，因此要重视大豆选种，首先要排除有病虫害、纯度不高的種子，多数选择一些颗粒大、饱满的，这样能提高种子的成活率，为防止种子根部腐烂，可使用多菌灵与种子混合，药剂拌种后应及时播种，药剂种子不可过夜。
3、种子培育。选择合适的季节尽早播种，并定期间苗、翻松土壤、除杂草等，为种子发育提供良好环境，避免杂草吸收养分，使得种子无法积累更多土壤养分，播种的根深为20～30cm，最好采取条播，每个大豆种子的间隔均匀划分。
4、加强田间管理。种子在发育过程中需要加强管理和照顾，因为种子在生长过程中受外界因素的影响，容易出现各种问题，而加强田间管理能确保种子充分吸收养料，促进大豆种子生长发育的养料必须合理选择，有些肥料不适用于有机食品，有机大豆选择充分发酵腐热的粪肥，除此之外还可以使用落叶、花瓣、绿色植物、湖草及秸秆等当做肥料，目前有机产品中经过认证的肥料有绿农肥、生物肥和有机肥等。粪肥的使用量月30t/m2，而有机肥的用量为600kg/m2，搭配使用不仅能提高大豆的营养，还能有效杀死病虫卵。施肥成功后还要重视灌水抗旱，定期进行人工滴灌，以免土壤干旱，大豆缺乏水分，禁止采取大水漫灌，这样容易损伤苗根，灌水一般在大豆繁盛时，缺水会导致花荚脱落，影响大豆产量。
5、科学密植技术。大豆种植要合理规划，密植时应综合考虑品种干枯、窄行距、土壤疏松、温度低、成熟早等因素，窄行密植技术一般适用于矮苗，植株矮、生长快的种子采取窄行密植能提高大豆产量。
三、大豆种植病虫害防治技术以及存在的问题
大豆种植过程中病虫害防治是首要解决的任务，河北省大豆有机栽种中经常受到病虫害的侵残，不仅影响大豆的产量和经济效益，还会增加人工成本投入，因此要尽早防治病虫害。
1、病虫害防治中存在的问题。其一，种植农户的防治意识不强。由于农村地区的生育人口大多为老年人和小孩，农民的文化水平低，思想观念落后，大部分种植业仍采取传统的种植模式，并未意识到病虫害造成的风险，部分农户觉得定期喷洒杀虫剂可以防治，老年农户对新技术的接受程度低，不了解新型大豆病虫害防治技术的优势和作用。其二，病虫害防治技术落后。农村经济落后，很多先进的防治技术没有得到良好推广和普及，大豆发生病虫害的原因主要是根腐病和食心虫，而农村种植员的防治技术和时间掌握不合理，大豆苗长出后才开始实施防虫剂，导致种植农户花费大量人力和财力，防治也未起效。
2、大豆病虫害的防治技术。农作物的病虫害防治一直以来是农业发展的重要举措，要想取得良好的病虫害防治效果，要合理掌握防虫技术。（1）土壤处理。控制病虫害可通过倒茬、轮作方式，因为病虫害的病原都依附于土壤表层过冬，通过翻地的形式可有效破坏病原体，进而降低害虫成活率。（2）虫害防治。大豆种植中常见的病虫害有食心虫、二条叶甲、大豆蚜虫和霜霉病等，这些病虫害不仅影响幼苗的生长，还会威胁大豆根叶的发育，因此大豆病虫害防治可通过农业技术和化学技术。农业防虫害技术：在选种时期一定要严格挑选高品质、抗病虫的大豆种子，在田间管理中，加强巡查，发现有病虫害的植株应及时拔除、清理，以防传播、污染其它种子，生长过程中的大豆种子应该采取轮耕和翻耕，能预防虫害。有机大豆多使用粪肥能消灭病虫害，还能为生态环境做贡献，肥料使用量需合理把控。化学防虫害技术：化学方法防治病虫主要是合理使用化学药剂，取吡虫啉10%按照150～225ml/m2的比例加水喷洒能防治红蜘蛛、大豆蚜虫;90%的敌百虫能防治毒蛾幼虫;使用48%的地乐胺乳油喷雾能防止菟丝子;防治食心虫可使用20%的绿得福1500溶液;灰斑病和褐纹病的防治使用50%的菌多领、甲基托布津等。切记化学药物喷洒一定要均匀喷在花蕾、花荚、叶背及茎秆上，病虫害杀死后需及时清理，以免未彻底死的害虫继续破坏大豆苗。
综上所述，掌握大豆有机栽培技术，综合引进先进技术，了解各种种植环节的技术细节，精心培育、栽种、管理、施肥等才能促使大豆种子健康生长，普及病虫害防治的重要性，指导广大农民掌握病虫害防治技术，最终实现增产增收。
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