有机场效应晶体管的构筑对其性能的影响研究
发布时间：2021-09-04 06:45
晶体管是电子元器件中不可或缺的基本组成部分,在电路中起到开关、放大作用。其中,基于有机半导体的有机场效应晶体管（organic field-effect transistor,OFET）,具有低成本、柔性、溶液法制备、生物兼容性等突出优势,近年来引起了广泛关注。目前,OFET被认为在简单电路中可以取代无机晶体管,如有源矩阵有机发光二极管（active matrix/organic light emitting diode,AMOLED）电路、无源射频识别标签等,可实现柔性、透明的可穿戴设备;同时,基于其优秀的生物兼容性,OFET在电子皮肤、活体检测和医疗监控等方面具有先天优势,在生物工程、健康医疗领域具有巨大的应用潜力。最近十年来,随着人们对材料合成、分子聚集态结构、器件构型的认识不断加深,OFET的器件性能得到了极大提升,迁移率已经突破100 cm2 V-1 s-1,已经可以满足逻辑电路和驱动电路的要求。但是,在OFET的实际应用进程中,仍然存在几个亟需解决的关键问题——器件性能的一致性、稳定性以及制备工艺的可重复性,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
有机场效应晶体管的四种器件构型
应晶体管是通过栅极电压产生的电场，来调控沟道电极电压可调控电荷的注入和累积，以底栅顶接触结构其工作原理如图 1-2 所示。对于 p 型有机半导体，当 O极接负电压，空穴将由源极向半导体层注入，并在源下，在半导体沟道中向漏极方向传输，最后在漏极流生的电流称为源极电流（IS），载流子从漏极流出所ID），沟道中源极流向漏极的电流称为源漏电流（IDS/漏极和栅极之间轻微的泄漏电流（IG）通常可以忽略 IDS。在 OFET结构中，可以近似地把栅极和半导体层器”的两个极板，那么沟道中的载流子密度可以通过栅个负的栅压（VG），“平板电容器”将形成一个由半导在电场的作用下，由源极注入的载流子将在靠近绝缘。通过栅极电压可以调控垂直电场的强度，进而调控密度，致使 IDS产生数量级的变化。可以把栅极看作是体管也常作为开关器件应用于电路中。
(a) (b)图 1-3 有机场效应晶体管的两个特性曲线。(a) 转移曲线（VDS= -10 V，器件工作在饱和区）；(b) 输出曲线（虚线左侧曲线代表器件工作在线性区，右侧曲线代表器件工作在饱和区）当 VG大于某一特定的电压（即 VT）时，器件的沟道将累积足够的电荷，沟道开始导通。当|VDS|＜|VG-VT|时，器件工作在线性区，栅压引起的垂直电场感应出足够的电荷，并均匀地分布在器件沟道里，此时整个沟道可以近似地看作是一个沿沟道方向的恒定电阻，IDS随 VDS的增大而增大，源漏电流可表达为：IDS = WLμCiVG - VT - VDS2VDS (1-1)式中，W、L 分别为沟道的宽和长；μ 为载流子迁移率，单位为 cm2V-1s-1；Ci为绝缘层的单位面积电容，单位为Fcm-2。当器件工作在线性区时，|VDS|远远小于|VG-VT|的值，常常把公式(1-1)简化为：I= WμC(V - V)V (1-2)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Monolayer organic field-effect transistors[J]. Jie Liu,Lang Jiang,Wenping Hu,Yunqi Liu,Daoben Zhu. Science China（Chemistry）. 2019(03)
[2]To improve alignment of isoindigo-based conjugated polymer film by controlling contact line receding velocity[J]. Shuai-Jie Chi,Liang Chen,Hong-Xiang Li,Jian-Gang Liu,Xin-Hong Yu,Yan-Chun Han. Chinese Chemical Letters. 2017(08)
[3]Alignment and patterning of organic single crystals for field-effect transistors[J]. Qin-Fen Li,Shuang Liu,Hong-Zheng Chen,Han-Ying Li. Chinese Chemical Letters. 2016(08)
[4]Solution-grown aligned crystals of diketopyrrolopyrroles（DPP）-based small molecules:Rough surfaces and relatively low charge mobility[J]. Zhuo-Ting Huang,Cong-Cheng Fan,Guo-Biao Xue,Jia-Ke Wu,Shuang Liu,Huan-Bin Li,Hong-Zheng Chen,Han-Ying Li. Chinese Chemical Letters. 2016(04)
本文编号：3382778
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
有机场效应晶体管的四种器件构型
应晶体管是通过栅极电压产生的电场，来调控沟道电极电压可调控电荷的注入和累积，以底栅顶接触结构其工作原理如图 1-2 所示。对于 p 型有机半导体，当 O极接负电压，空穴将由源极向半导体层注入，并在源下，在半导体沟道中向漏极方向传输，最后在漏极流生的电流称为源极电流（IS），载流子从漏极流出所ID），沟道中源极流向漏极的电流称为源漏电流（IDS/漏极和栅极之间轻微的泄漏电流（IG）通常可以忽略 IDS。在 OFET结构中，可以近似地把栅极和半导体层器”的两个极板，那么沟道中的载流子密度可以通过栅个负的栅压（VG），“平板电容器”将形成一个由半导在电场的作用下，由源极注入的载流子将在靠近绝缘。通过栅极电压可以调控垂直电场的强度，进而调控密度，致使 IDS产生数量级的变化。可以把栅极看作是体管也常作为开关器件应用于电路中。
(a) (b)图 1-3 有机场效应晶体管的两个特性曲线。(a) 转移曲线（VDS= -10 V，器件工作在饱和区）；(b) 输出曲线（虚线左侧曲线代表器件工作在线性区，右侧曲线代表器件工作在饱和区）当 VG大于某一特定的电压（即 VT）时，器件的沟道将累积足够的电荷，沟道开始导通。当|VDS|＜|VG-VT|时，器件工作在线性区，栅压引起的垂直电场感应出足够的电荷，并均匀地分布在器件沟道里，此时整个沟道可以近似地看作是一个沿沟道方向的恒定电阻，IDS随 VDS的增大而增大，源漏电流可表达为：IDS = WLμCiVG - VT - VDS2VDS (1-1)式中，W、L 分别为沟道的宽和长；μ 为载流子迁移率，单位为 cm2V-1s-1；Ci为绝缘层的单位面积电容，单位为Fcm-2。当器件工作在线性区时，|VDS|远远小于|VG-VT|的值，常常把公式(1-1)简化为：I= WμC(V - V)V (1-2)
【参考文献】：
期刊论文
[1]Monolayer organic field-effect transistors[J]. Jie Liu,Lang Jiang,Wenping Hu,Yunqi Liu,Daoben Zhu. Science China（Chemistry）. 2019(03)
[2]To improve alignment of isoindigo-based conjugated polymer film by controlling contact line receding velocity[J]. Shuai-Jie Chi,Liang Chen,Hong-Xiang Li,Jian-Gang Liu,Xin-Hong Yu,Yan-Chun Han. Chinese Chemical Letters. 2017(08)
[3]Alignment and patterning of organic single crystals for field-effect transistors[J]. Qin-Fen Li,Shuang Liu,Hong-Zheng Chen,Han-Ying Li. Chinese Chemical Letters. 2016(08)
[4]Solution-grown aligned crystals of diketopyrrolopyrroles（DPP）-based small molecules:Rough surfaces and relatively low charge mobility[J]. Zhuo-Ting Huang,Cong-Cheng Fan,Guo-Biao Xue,Jia-Ke Wu,Shuang Liu,Huan-Bin Li,Hong-Zheng Chen,Han-Ying Li. Chinese Chemical Letters. 2016(04)
本文编号：3382778
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