垂直構(gòu)型有機場效應(yīng)晶體管的研究.pdf

1、信息化高速發(fā)展的今天，大規(guī)模集成電路技術(shù)和終端顯示技術(shù)成為信息化社會的兩大最重要的支柱技術(shù)。傳統(tǒng)的Si基半導(dǎo)體工藝存在投資成本高、制備工藝復(fù)雜、不適于柔性基底和大面積生產(chǎn)等不足。有機場效應(yīng)晶體管以其新穎、低成本、可與柔性襯底兼容的獨特優(yōu)勢迅速發(fā)展起來，為低成本大面積柔性平板顯示陣列和集成電路提供了新的解決方案，成為有機電子學中重要的前沿課題。 本文將從器件結(jié)構(gòu)入手，制備了垂直構(gòu)型有機薄膜場效應(yīng)晶體管，使器件的溝道長度降到納米量級

2、，詳細分析了影響這種場效應(yīng)晶體管器件性能的各種因素。 首先，我們對一系列絕緣材料的電學特性進行了表征。利用交流阻抗譜和C-V測試方法研究了器件ITO/LiF(120nm)/Al的動態(tài)電學特性，得到其單位電容Cp的數(shù)值為15nF，建立了等效電路模型，求出了其等效電路圖。用類似的方法，也分別測得了SiO2、PMMA、SiNx和TiOx薄膜的單位電容值。 其次，我們成功地制備了垂直構(gòu)型有機場效應(yīng)晶體管。通過分析有機半導(dǎo)體層與金

3、屬電極的界面接觸和柵絕緣層的電容特性，探討了器件的工作機理。 (1)制備了基于并五苯(Pentacene)的垂直構(gòu)型場效應(yīng)晶體管器件，研究了不同絕緣材料對器件性能的影響。用相對介電常數(shù)為9.036的LiF薄膜(120nm)為柵絕緣層的器件“開/關(guān)”電流比為20，對源極進行氧化處理并加入LiF薄層之后，器件的“開/關(guān)”電流比提高到103，其開啟電壓低于3V。 電容單元的單位電容量大小對晶體管器件的性能影響很大。當用厚的低介

4、電常數(shù)的絕緣材料為電容單元時，晶體管器件的源漏電流幾乎不隨柵壓的改變而改變；當用薄的高介電常數(shù)的絕緣材料為電容單元時，則因漏電流較大以及界面聚集電荷較多而容易隧穿肖特基勢壘，導(dǎo)致器件的源漏電流較大，且出現(xiàn)零點漂移現(xiàn)象。 (2)制備了基于酞菁銅(CuPc)的垂直構(gòu)型場效應(yīng)晶體管器件，得到在相同柵絕緣層下器件的“開/關(guān)”電流比低于基于Pentacene的垂直構(gòu)型場效應(yīng)晶體管器件的“開/關(guān)”電流比，且由于Al/CuPc界面處的電子注入