有机场效应晶体管主要性能指标
对有机半导体层的要求主要有以下几个方面:第一,具有稳定的电化学特性和良好的π共扼体系,只有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。因此,评价OFET的性能指标主要有迁移率、开—关电流比、阈值电压3个参数。场迁移率是单位电场下电荷载流子的平均漂移速度,它反映了在不同电场下空穴或电子在半导体中的迁移能力;开—关电流比定义为在“开”状态和“关”状态时一的漏电流之比,它反映了在一定栅极电压下器件开关性能的优劣。为了实现商业应用,OFET的迁移率一般要求达到0.O1cm2/(V·s),开—关比大于10。对于阈值电压,要求尽量低。OFET发展至今,电压由最初的几十甚至上百伏下降到5V甚至更低。开关电流比由102~103提高到109,器件载流子迁移率也由最初的10-5cm2/(V·s)提高到了15.4cm2/(V•s)。
器件性能通常用输出特性曲线和转移特性曲线来表征。
下图是以聚合物PDTT为半导体材料的顶结构OFET输出特性曲线(a)和转移特性曲线(b)图。从下图(a)可以看出漏电流ID在VD绝对值小于20V范围内随VD绝对值的增大而增大。下图(b)中,ID随着VG负电压绝对值的增大而增大。最终计算出该器件的迁移率为2.2x103cm2/(V·s)。
顶结构OFET输出特性曲线及转移特性曲线图