有机场效应晶体管因具有——体积小、重量轻、功耗低、热稳定性好、无二次击穿现象、材料来源广,可与柔性衬底兼容、低温加工、适合大批量生产和及成本等,从而引起研究人员的重视。
它用途广泛,可用于全有机主动显示、大规模和超大规模集成电路、记忆组件、传感器、有机激光、互补逻辑电路和超导材料制备等。
工作原理
有机场效应晶体管由三个电极:源极、漏极和栅极、以及有机半导体层和栅绝缘层组成。另外,根据器件的结构,有机场效应晶体管可以分为四类:底栅底接触式、顶栅顶接触式和项栅底接触式。
根据栅极的位置来划分底栅和顶栅,底栅式栅极沉积在栅绝缘层的下方位置,顶栅则是栅极沉积在有机半导体和绝缘层的上方;又根据有机半导体和源漏电极的位置来划分,顶接触是有机半导体先生长在栅绝缘层再进行源漏电极的沉积,而底接触是有机半导体的基层是源漏电极和山绝缘层。
P型OFET工作原理
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。
主要性能指标的介绍
对有机半导体层的要求主要有以下几个方面:
第一,拥有稳定的电化学特性和良好的共扼体系,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。
顶结构OFET输出特性曲线及转移特性曲线图