非溶剂掺杂完善自组织机理提升高度区域规则的(3-己基噻吩)有机场效应晶体管器件性能的研究

为了保证在低温加工及溶液制备的情况下,能够提升高度区域规则的聚(3-己基噻吩) (RR-P3HT)有机场效应晶体管(OFET)的器件性能,本文研究了室温下乙醇及乙腈非溶剂的掺杂,及其对高分子自组织机理与导致的RR-P3HT OFET电学性能的影响.实验发现,适量进行乙醇及乙腈非溶剂的掺杂,将促进RR-P3HT薄膜形成更多期望的微晶粒薄片结构,完善高分子自组织机理,导致RR-P3HT OFET电学性能的提升.实验表明,在RR-P3HT溶液中进行5 %乙腈添加后,其器件场效应迁移率的值由原来的4.04×10< 关键词： 高度区域规则的聚(3-己基噻吩)有机场效应晶体管 非溶剂掺杂 自组织机理 场效应迁移率     

有机场效应晶体管材料及器件研究进展

有机场效应晶体管(organic field—effect transistor，OFET)作为新一代半导体晶体管因其广阔的应用前景和近年来技术上的突飞猛进，使之成为微电子和信息领域科学研究和产品开发中热门的话题之一．文章慨述了有机场效应晶体管的材料研究、器件制备技术以及有机场效应晶体管在各领域中应用的最新进展．     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

基于蛋清栅绝缘层的高性能C_(60)有机场效应晶体管(英文)

采用生物材料(蛋清)作为栅绝缘层制备了基于C60为有源层的有机场效应晶体管。器件展现出了合理的电学特性,场效应迁移率和阈值电压分别为2.59 cm2·V-1·s-1和1.25 V。有机场效应晶体管展现良好性能的原因是蛋清具有较高的介电常数及热退火后形成的光滑表面形貌。实验结果表明,对于制备有机场效应晶体管来说,蛋清是一种有前途的绝缘层材料。     

基于有限元方法的有机场效应晶体管特性模拟与实验验证

采用有限元方法,借助多物理场软件COMSOL模拟了底栅顶接触结构有机场效应晶体管电位和载流子浓度随源漏电压Vds的变化。模拟结果表明,当固定栅压V_g=-10 V时,改变V_(ds)从0~-10 V,对于电位分布,从栅极到源漏电极竖直方向有渐进的变化,而从源极到漏极的水平方向呈现由大到小明显的梯度变化。对于载流子浓度,观察到沟道处从源极向漏极逐渐减少,在靠近漏极的区域减少得尤为明显,而当源漏电压等于栅极电压时,产生夹断现象。进一步将模拟结果与实际制备的器件性能进行了对比,模拟结果与实验数据所显示的分布趋势大体相同,印证了模拟的合理性。由此表明,采用模拟方法分析有机场效应晶体管的器件特性,对于实际制备器件具有重要的指导意义。     

电极肖特基接触对有机光敏晶体管性能的影响

有机光敏晶体管是一种在有机场效应管结构中引入光控“栅极”的新型光探测器件,其光灵敏度、光响应度性能参数与源/漏电极和有源层的接触情况关系密切。本文通过真空蒸发法分别制备了采用金电极和铝电极的单层并五苯及酞菁铜有机光敏晶体管。研究了它们在黑暗和光照条件下的输出及转移特性。结果表明,高迁移率的并五苯有源层更适合搭配接触特性较好的金电极,该器件具有和铝电极器件相同高水平的光灵敏度~3×104,但其光响应度是铝电极器件的13倍;而低迁移率的酞菁铜薄膜较适合搭配能够和有源层形成肖特基接触的铝电极,有利于抑制暗电流、增强激子解离效率、提高光电流,进一步使器件在获得和金电极器件同数量级光响应度的同时,其光灵敏度是金电极器件的102倍。本文对光照下电极/有源层肖特基接触的能带变化做了理论分析,总结归纳了有机光敏晶体管电极材料和有源层材料的初步筛选规律。     

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型,模型引入材料固有的极化效应,高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应,分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应,对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究.结果表明,器件内部温升速率呈现出"快速-缓慢-急剧"的趋势.当器件局部温度足够高时(2000 K),该位置热电子发射与温度升高形成正反馈,导致温度急剧升高直至烧毁.栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位,严重影响器件的特性和可靠性.随着脉宽的增加,损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大.通过数据拟合得到脉宽τ与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.     

一种新的GaAs PHEMT器件可靠性评估方法研究

通过研究应力前后GaAs PHEMT器件电特性的测量，分析了GaAs PHEMT退化的原因，从实验中 得出高场下碰撞电离的电离率与器件沟道电场峰值的关系曲线.对高场下碰撞电离率的实验 曲线进行拟合，可以得到碰撞电离率与器件沟道电场峰值的量化关系，由此可以对GaAs PHE MT器件的电性能和可靠性进行改善和评估.进一步改进GaAs PHEMT的击穿电压，将需要严格 控制沟道中的碰撞电离. 关键词： 高电子迁移率晶体管 碰撞电离率 可靠性评估     

磷化铟复合沟道高电子迁移率晶体管击穿特性研究

用密度梯度量子模型定量研究了磷化铟(InP)复合沟道高电子迁移率晶体管(HEMT)的击穿特性，考虑了复合沟道内碰撞电离以及沟道量子效应，重点研究了器件击穿电压随In_0.7Ga_0.3As沟道厚度的变化关系，提出了提高击穿电压的方法，采用商用器件模拟软件Sentaurus模拟了器件的开态击穿电压，对比了实验和模拟的结果. 研究表明：适当减小In_0.7Ga_0.3As沟道层的厚度可以在保持器件饱和电流基本不变的前提下大幅度提高开态击穿电压，这对于提高InP基HEMT的功率性能具有重要意义. 关键词： 磷化铟 高电子迁移率晶体管 密度梯度模型 击穿     

高分子有机场效应晶体管中退火引起的自组织微观结构变化的研究

为了进一步洞悉高分子薄膜自组织机理和高分子有机场效应晶体管(OFET)载流子迁移率之间的直接关联性,本工作采用先进的同步辐射掠入射X射线衍射(GIXRD)技术,研究了高分子OFET中高分子半导体高度区域规则的聚(3-己基噻吩)(RR-P3HT)工作层薄膜,由不同退火温度所导致的薄膜自组织微观结构的变化.GIXRD测试实验结果显示了,对于不同高分子薄膜制备方法(旋涂法及滴膜法)及不同溶液浓度(RR-P3HT溶液浓度为2.5 mg/ml及3.5 mg/ml)制备的RR-P3HT有机半导体工作层,在氮气气氛下, 关键词： 高分子有机场效应晶体管 同步辐射掠入射X射线衍射 自组织 退火     

PVA栅绝缘层浓度对P3HT有机场效应晶体管性能的影响

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管,,研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示,以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能,器件的场效应迁移率为0.31 cm²·V^-1·s^-1,阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因,结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管,选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。     

旋涂速度对制备P3HT有机场效应晶体管性能的影响

采用溶液化的方法制备了以PMMA为绝缘层、P3HT为有源层的有机场效应晶体管.研究了P3HT有源层和PMMA绝缘层的旋涂速度对器件性能的影响.实验结果表明,当P3HT和PMMA的旋涂速度均为2 000 r/min时,器件的性能最佳.峰值场效应迁移率为6.84×10^-2 cm²·V^－1·s^－1.结果表明,选择适当的旋涂速度是一种有效提高溶液化制备有机场效应晶体管性能的方法.     

感光栅极GaN基HEMT器件的制备与栅极优化

铁电材料作为感光功能薄膜的红外器件研究近年来十分活跃,其良好的压电、铁电、热释电、光电及非线性光学特性以及能够与半导体工艺相集成等特点,在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景。实验将铁电材料锆钛酸铅作为感光层与GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)相结合,成功地制备出了感光栅极GaN基HEMT器件,并在波长为365 nm的光照下进行探测,经大量实验测试后发现器件在该波段的光照下饱和电流达到28 mA,相比无光照时饱和电流提高12 mA。另外,通过合理改变器件结构尺寸,包括器件栅长以及栅漏间距,发现随着栅长的增大,器件的饱和输出电流依次减小,而栅漏间距的变化对阈值电压以及饱和电流的影响并不大。由此可知,改变器件结构参数可以达到提高器件性能的目的并且可以提高探测效率。     

离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应管

在石墨烯场效应晶体管栅介结构中引入具有良好电容特性或极化特性的材料可改善晶体管性能.本文采用化学气相沉积制备的石墨烯并以PVDF-[EMIM]TF2N离子凝胶薄膜(ion-gel film)作为介质层制备底栅型石墨烯场效应管(graphene-based field effect transistor, GFET),研究其电学特性以及真空环境和温度对GFET性能的影响.结果表明离子凝胶薄膜栅介石墨烯场效应晶体管表现出良好的电学特性,室温空气环境中,与SiO_2栅介GFET相比, ion-gel膜栅介GFET开关比(J_(on)/J_(off))和跨导(g_m)分别提高至6.95和3.68×10~(–2) mS,而狄拉克电压(V_(Dirac))低至1.3 V;真空环境下ion-gel膜栅介GFET狄拉克电压最低可降至0.4 V;随着温度的升高, GFET的跨导最高可提升至6.11×10~(–2) mS.     

高跨导氢终端多晶金刚石长沟道场效应晶体管特性研究

基于多晶金刚石制作了栅长为4 pm的铝栅氢终端金刚石场效应晶体管.器件的饱和漏源电流为160 mA/mm,导通电阻低达37.85Ω·mm,最大跨导达到32 mS/mm,且跨导高于最大值的90%的栅压(V_(GS))范围达到3 V(-2 V≤V_(GS)≤-5 V).通过传输线电阻分析以及器件的导通电阻和电容-电压特性分析,发现氢终端多晶金刚石栅下沟道中的空穴面浓度达到了1.56×10~(13)cm~(-2),有效迁移率在前述高跨导栅压范围保持在约170 cm~2/(V·s).分析认为,较低的栅源和栅漏串联电阻、沟道中高密度的载流子和在大范围栅压内的高水平迁移率是引起高而宽阔的跨导峰和低导通电阻的原因.     

Performance improvement in pentacene organic thin film transistors by inserting a C60 ultrathin layer

The contact effect on the performances of organic thin film transistors is studied here. A C₆₀ ultrathin layer is inserted between Al source--drain electrode and pentacene to reduce the contact resistance. By a 3 nm C₆₀ modification, the injection barrier is lowered and the contact resistance is reduced. Thus, the field-effect mobility increases from 0.12 to 0.52 cm²/(V·s). It means that inserting a C₆₀ ultra thin layer is a good method to improve the organic thin film transistor (OTFT) performance. The output curve is simulated by using a charge drift model. Considering the contact effect, the field effect mobility is improved to 1.15 cm²/(V·s). It indicates that further reducing the contact resistance of OTFTs should be carried out.     

Ta2O5-PMMA复合栅绝缘层对OFETs性能的影响

选用五氧化二钽（Ta₂O₅）-聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）复合材料作为栅绝缘层制备了并五苯有机场效应晶体管（OFETs）。通过在Ta₂O₅表面旋涂一层PMMA可以降低栅绝缘层的表面粗糙度,增大其场效应晶体管的迁移率。研究了厚度在20~60 nm范围内的PMMA对复合绝缘层表面形貌、粗糙度以及器件电学性能的影响。结果表明,当PMMA厚度为40 nm时,器件的电学性能最佳。与单一的Ta₂O₅栅绝缘层器件相比,其场效迁移率由4.2×10^-2 cm²/（V·s）提高到0.31 cm²/（V·s）;栅电压增加到-20 V时,开关电流比由2.9×10²增大到2.9×10⁵。     

铟镓锌氧薄膜晶体管的悬浮栅效应研究

为了避免光照对铟镓锌氧薄膜晶体管(InGaZnO thin film transistors,IGZO TFTs)电学特性的影响,IGZO TFT要增加遮光金属层.本文研究了遮光金属栅极悬浮时,IGZO TFT的输出特性.采用器件数值计算工具TCAD(technology computer-aided design)分析了IGZO层与栅介质层界面处电势分布,证实了悬浮栅(floating gate,FG)IGZO TFT输出曲线的不饱和现象是由悬浮栅与TFT漏端的电容耦合造成.基于等效电容的电压分配方法,提出了悬浮栅IGZO TFT电流的一阶模型.TCAD数值分析及一阶物理模型结果与测试具有较高程度的符合,较完整地解释了悬浮栅IGZO TFT的电学特性.     

单晶金刚石氢终端场效应晶体管特性

基于微波等离子体化学气相淀积生长的单晶金刚石制作了栅长为2μm的耗尽型氢终端金刚石场效应晶体管,并对器件特性进行了分析.器件的饱和漏电流在栅压为-6 V时达到了96 mA/mm,但是在-6 V时栅泄漏电流过大.在-3.5 V的安全工作栅压下,饱和漏电流达到了77 mA/mm.在器件的饱和区,宽5.9 V的栅电压范围内,跨导随着栅电压的增加而近线性增大到30 mS/mm.通过对器件导通电阻和电容-电压特性的分析,氢终端单晶金刚石的二维空穴气浓度达到了1.99×10~(13)cm~(-2),并且迁移率和载流子浓度均随着栅压向正偏方向的移动而逐渐增大.分析认为,沟道中高密度的载流子、大的栅电容以及迁移率的逐渐增加是引起跨导在很大的栅压范围内近线性增加的原因.     

Nonideal double-slope effect in organic field-effect transistors

With the development of device engineering and molecular design,organic field effect transistors(OFETs)with high mobility over 10 cm2 V-1-s-1 have been reported.However,the nonideal doubleslope effect has been frequently observed in some of these OFETs,which makes it difficult to extract the intrinsic mobility OFETs accurately,impeding the further application of them.In this review,the origin of the nonideal double-slope effect has been discussed thoroughly,with affecting factors such as contact resistance,charge trapping,disorder effects and coulombic interactions considered.According to these discussions and the understanding of the mechanism behind double-slope effect,several strategies have been proposed to realize ideal OFETs,such as doping,molecular engineering,charge trapping reduction,and contact engineering.After that,some novel devices based on the nonideal double-slope behaviors have been also introduced.