有机薄膜晶体管的工作特性及载流子传输机理分析

• 作 者: 吴波明
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 有机薄膜晶体管 CuPc 垂直结构 肖特基势垒 载流子

本文制备的晶体管以铜(Cu)作为源极和漏极,铝(Al)作为栅极,有机半导体材料酞菁铜、酞菁铅作为传输层。金属电极均通过磁控溅射沉积成膜法制备,而有机半导体层通过真空加热蒸发使之气化再沉积成膜法制备。晶体管采用Cu/CuPc/Al/CuPc/Cu五层堆叠的垂直结构,以减小导电沟道的长度,减小驱动电压。用铟粒压铜丝法引出电极,使用吉时利(KEITHLEY)生产的4200半导体测试仪测试晶体管的电学特性。通过对晶体管的整流特性进行测试分析可知,Al栅极与上下两层的有机半导体CuPc及CuPc、PbPc混合薄膜形成了良好的肖特基接触,传输层与电极Cu形成了良好的欧姆接触。由二极管特性可知,相同厚度的CuPc薄膜导电性能强于CuPc、PbPc混合薄膜。由其静态工作特性可知,保持漏源极间电压VDS不变,栅源极间电压VGS增加时,漏源极间电流IDS反而减小;保持VGS不变,VDS增加时,漏源极间电流IDS增大。由VGS对IDS转移特性曲线可见,随着VGS的增加,工作电流IDS迅速降低,反映了栅极偏压对漏源电流IDS很强的控制能力。栅极偏压分别为0V和栅极开路时,源-栅极间电流IDS相差1000倍,可以认为是当栅极处于开路状态时,与双极型三极管的基极开路一样,栅极开路时栅极区域内耗尽层电势保持不变,相当于悬空态,其势垒高度无法被源—漏极间电压VDs改变,载流子难以克服此势垒高度形成电流,故而IDS几乎被阻断。由电容-电压特性以及电流-电压特性计算得出肖特基势垒高度分别为0.635eV和0.617eV,载流子浓度约为3.231×1015cm-3,载流子迁移率为1.1753×10-3cm2/Vs。通过计算得到栅极电压为零伏时,器件的工作电压电流表达式IDS=1.99× 10-6exp(q VDS/18.38KT)。实验结果表明,纵向沟道薄膜晶体管的特有结构使其导电沟道被有效缩短,在一定程度上弥补了有机半导体材料载流子迁移率低的不足,使其表现出反应速度快及电流密度高的动态动作特性。