【《有机薄膜晶体管的基本原理与制备分析案例》2300字】

有机薄膜晶体管的基本原理与制备分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6207有机薄膜晶体管的基本原理与制备分析案例 1197281.1有机薄膜晶体管的结构 1137501.2P3HT有机薄膜晶体管的参数 3214141.3P3HT有机薄膜晶体管的工艺流程 4272931.4P3HT有机薄膜晶体管的特性 5107751.5小结 6本章主要对有机薄膜晶体管的结构、参数、工艺流程以及特性进行了介绍。同时，在实验室中我们以玻璃片为基底，以Ag作为源、栅、漏极材料，P3HT为有源层材料，PMMA为绝缘层材料制作了P3HT有机薄膜晶体管，并测试得出样品的转移与输出特性曲线，为后面仿真模型的搭建做了相应的准备工作。1.1有机薄膜晶体管的结构图2-1、图2-2分别是MOS管和有机薄膜晶体管的结构图，二者之间有相同点也有不同点。相同之处是它们都是作为一个压控电流源进行工作的器件，一般都是通过在电极上加电压来实现对沟道电流的控制，通常只有一种载流子传输。不同之处有：一是在制备有机薄膜晶体管的有源层时，有源层是一层薄膜；二是MOS器件的源极和漏极两个有源区是利用掺杂工艺在衬底上制备的，而有机薄膜晶体管的源极和漏极制作在薄膜层中。从有机薄膜晶体管结构图可以看出，它的制备分层进行设计的，其中有源层所用的半导体材料对晶体管最终产生的导电沟道的类型起着关键的决定性作用REF_Ref18261\r\h[5]。图2-1MOS管结构图图2-2有机薄膜晶体管结构图可以将有机薄膜晶体管分为如图1.4所示四种结构，从图中可以清楚的看到，底栅结构和顶栅结构是根据栅极所在位置区分的，栅极位于底层为底栅，位于顶层为顶栅；底接触结构和顶接触结构则是根据源漏电极所在位置区分的，与底栅和顶栅含义类似。图2-3有机薄膜晶体管的四种结构（a）底栅底接触（b）底栅顶接触（c）顶栅底接触（d）顶栅顶接触以下是上面提到的四种有机薄膜晶体管的结构的优缺点:底栅底接触（图2-3（a））的工艺流程是先在衬底基片上制作栅电极，然后在其上面淀积一层绝缘层物质，在绝缘层上进行源漏电极的生长与图形化。这种结构的优点为可以减少寄生电容、增强器件性能，但是会造成有源层形成的薄膜的不均匀或不平整。底栅顶接触（图2-3（b）），它与底栅底接触的工艺流程相反，在制作好栅极和绝缘层后，先淀积有源层形成薄膜，然后在薄膜层上制作源漏电极。这种结构的优点是有源层、绝缘层和栅源漏极之间的接触性能良好，从而使得有机薄膜晶体管的性能良好，可以达到很好的欧姆接触，但由于这种结构在制备源漏电极时，不可以用光刻工艺，而如果用掩膜工艺的话，会影响两个电极，使晶体管的性能变差。顶栅底接触结构（图2-3（c））的优点包括：可以采用多种工艺进行源漏电极的制备，其中也包括光刻，它不会对晶体管性能造成太大影响，而且晶体管的有源层稳定。顶栅顶接触结构（图2-3（d））的优点包括：晶体管的有源层稳定，源漏电极和有源层间的接触电阻小；但这种结构在制备源漏电极时，不可以用光刻工艺，而如果用掩膜工艺的话，会影响两个电极，使晶体管的性能变差。结合实验考虑，我们选择了底栅顶接触结构来制备P3HT有机薄膜晶体管REF_Ref13114\r\h[6]。1.2P3HT有机薄膜晶体管的参数1.1.1场效应迁移率μ迁移率可以用来衡量比较载流子随着电场方向移动的能力。它的定义为平均电荷载流子在单位电场下的平均漂移速度REF_Ref32537\r\h[5]。从多项研究报告的结论中可以得出，有机薄膜晶体管有源层的载流子理论还不够成熟，所以在实际分析与计算中，我们更多的还是基于MOS器件的理论来计算得到有机薄膜晶体管的载流子迁移率μ。当有机薄膜晶体管工作在线性区时，沟道中的载流子迁移率的计算公式为公式2-1所示，当有机薄膜晶体管工作在饱和区时，沟道中的载流子迁移率的计算公式为公式2-2所示：μμ1.1.2阈值电压VT它也叫做开关电压，是有机薄膜晶体管中能够在源极和漏极之间产生导电沟道时，栅压所需要达到的最小电压。所以，我们在制备有机薄膜晶体管或场效应管时，要尽量使他们的阈值电压取一个合适的数值，这样的话，器件才能容易形成导电沟道，处于“开启状态”。大多数情况下，减小阈值电压会使器件的导电性能得以提高。1.1.3开关电流比Ion/Ioff开关电流比Ion/Ioff的定义为当有机薄膜晶体管处于导通状态时，累积模式下的电流与耗尽模式下的电流之比称为电流开/关比率。从定义可以看出，它与源漏电压和栅电压都有关。1.1.4亚阈值摆幅S亚阈值摆幅S是指当有机薄膜晶体管工作在亚阈值区域时，栅极电压相对于此时产生的源漏电流的对数比例。1.3P3HT有机薄膜晶体管的工艺流程我们在实验室中制备了一个P3HT有机薄膜晶体管，整个制备过程概述如下：固定薄膜。首先清洁作为衬底基片的玻璃片，剪裁一个尺寸为3*0.5cm的薄膜，用双面胶将其固定在玻璃片中间，这里注意：薄膜的正面可导电，在固定好之后，需用万用表测定是否导电；制作栅电极层。剪裁一段尺寸恰当的的导电胶带，涂上银胶固定在薄膜一端，作为薄膜晶体管的栅极，将引脚引出，再将其放置在加热平台上，90℃条件下加热5min烘干引脚部分，同第一步一样，取下玻璃片需用万用表测定导电性能，确保没有问题；表面处理。将玻璃片放入器皿中准备对器件表面进行亲水处理；涂PVA溶液。在处理好的玻璃片上涂上500ml的浓度为25mg/ml的PVA溶液，处理好后放入无菌柜中自然晾干一天；制作绝缘层。将玻璃片放置在加热平台上，60℃条件下烘干一个半小时，再将PMMA溶液涂在表面上，90℃烘干；制作有源层。将搅拌后的P3HT溶液旋涂在中间，结束后放置在加热平台上120℃烘干10min。1.4P3HT有机薄膜晶体管的特性在测试实验制备出的P3HT有机薄膜晶体管器件后，我们可以更好的了解该器件的转移特性和输出特性，图2-4为在源漏电压VDS=20V，栅压VGS在50~-80V范围内的IDS-VGS转移特性曲线，图2-5为栅压VGS=-5V，源漏电压VDS在-60~60V范围内的IDS-VDS输出特性曲线。图2-4IDS-VGS转移特性曲线图2-5IDS-VDS输出特