论文题目: 酞菁铜有机场效应晶体管器件性能的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 凝聚态物理
作者: 袁剑峰
导师: 许武,闫东航
关键词: 有机场效应晶体管,栅绝缘膜表面能,阈值电压的漂移,新型器件,载流子输运机制
文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 在信息化高速发展的今天,大规模集成电路技术和终端显示技术成为信息化社会的两大最重要的支柱技术。传统的Si基半导体工艺存在投资成本高、制备工艺复杂、不适宜柔性基底和大面积生产的不足。近十几年来,一种新颖的、低成本制备的电子器件——有机场效应晶体管(OFET)经历了一个快速发展的过程,引起了科学家和产业界人士的注意。这一类有机电子器件的制备工艺简单,成本仅为硅芯片器件的1%～10%,可大面积批量制备,可与柔性衬底兼容,完全满足低端电子产品产业化的要求。成为实现低端低成本大面积柔性平板显示阵列和集成电路的最佳解决方案。然而,有机场效应晶体管性能的快速进步,主要得益于新型有机半导体材料方面的研究进展。相对而言,在OFET的器件结构和器件参数以及有机半导体载流子的输运机制等方面的研究就比较少。 因此,本文的研究内容定位于对有机场效应晶体管器件的综合性能的研究,具体研究内容如下: 首先,我们制备了高性能酞菁铜有机场效应晶体管(OFET)器件。 我们研究了栅绝缘膜衬底和衬底温度对有机薄膜形态和结构影响以及对有机晶体管器件性能的影响。结果表明在所有被选用的无机绝缘层衬底上CuPc蒸发薄膜都呈α-相结构和多晶形态,并且晶粒的大小随着衬底温度的增加而不断变大;在所有被研究的无机绝缘衬底上,150℃蒸发膜的OFET器件的性能最佳;绝缘层衬底的表面能与CuPc有源层薄膜的表面能越接近,就越容易得到大晶粒CuPc薄膜,其OFET器件的性能就越好。我们认为绝缘层衬底的表面能从两个方面影响器件的性能:a)有源层薄膜成核密度;b)晶粒内和晶粒间界的缺陷状态。 我们还对以阈值电压漂移为特征的OFET稳定性进行了研究。通过研究OFET的阈值电压漂移与栅偏置电压、偏置时间以及温度的关系,证明OFET器件的不稳定性来源于栅绝缘膜内的陷阱,并且沟道载流子被陷阱捕获的过程符合直接隧穿
论文目录:
第一章 有机场效应晶体管器件简介
1.1 引言
1.2 有机半导体及导电材料的发现及其应用
1.2.1 有机半导体及导电材料的发现
1.2.2 有机半导体及导电聚合物的应用
1.3 有机场效应晶体管简介
1.3.1 有机薄膜晶体管的结构特点
1.3.2 有机半导体材料的分类及结构特点
1.3.3 有机薄膜晶体管的工作机理
1.3.4 有机薄膜晶体管的发展历程
1.4 有机电子的现状及发展趋势
1.5 本论文的主要内容
参考文献
第二章 栅绝缘层对有机薄膜形态及其晶体管性能的影响
2.1 引言
2.2 有机薄膜生长和OFET的制备
2.2.1 有机薄膜生长的基本理论
2.2.2 薄膜的生长方式
2.2.3 实验部分
2.2.3.1 材料体系的选择
2.2.3.2 设备研制
2.2.4 CuPc—OFET器件的制备
2.2.4.1 CuPc—OFET器件结构选择
2.2.4.2 CuPc—OFET的制备过程
2.2.4.3 典型的CuPc-OFET器件的性能
2.3 不同衬底材料上的CuPc薄膜形态及其OFET器件的性能
2.3.1 TaOx衬底上温度对CuPc薄膜形态及其OFET器件性能的影响
2.3.1.1 TaOx衬底上CuPc薄膜形态随衬底温度的变化
2.3.1.2 TaOx衬底上衬底温度对CuPc薄膜结构的影响
2.3.1.3 具备不同薄膜形态的器件的性能
2.3.2 SiNx衬底上温度对CuPc薄膜形态及其OFET器件性能的影响
2.3.2.1 SiNx衬底上CuPc薄膜形态随衬底温度的变化
2.3.2.2 SiNx衬底上不同衬底温度的CuPc薄膜结构
2.3.2.3 SiNx衬底上不同薄膜形态的器件性能
2.3.3 SiO_2衬底上温度对CuPc薄膜形态及其OFET器件性能的影响
2.3.3.1 SiO_2衬底上CuPc薄膜形态随衬底温度的变化
2.3.3.2 SiO_2衬底上不同衬底温度下的CuPc薄膜结构
2.3.3.3 SiO_2衬底上具备不同薄膜形态的器件性能
2.4 绝缘介质表面能对CuPc—OFET器件性能的影响
2.4.1 绝缘介质表面能的测试
2.4.2 具有不同表面能的绝缘介质对CuPc薄膜形态的影响
2.4.3 具有不同表面能的绝缘介质对CuPc-OFET性能的影响
2.5 本章小结
参考文献
第三章 有机场效应晶体管器件稳定性的研究
3.1 引言
3.2 引起阈值电压漂移的直接隧穿机制简介
3.3 实验方案与方法
3.3.1 实验方案
3.3.2 测试方法
3.4 N型OFET的阈值电压漂移
3.4.1 阈值电压在连续栅偏压下的漂移
3.4.2 阈值电压漂移与偏置时间的关系
3.4.3 闽值电压漂移与温度的关系
3.4.4 绝缘膜中的载流子重新分布与P—F导电机制
3.4.4.1 P—F导电机制
3.4.4.2 MIM结构的电流-电压特性
3.5 P型OFET的阈值电压漂移
3.5.1 阈值电压在连续栅偏压下的漂移
3.5.2 CuPc-OFET的阈值电压漂移与偏置时间的关系
3.5.3 绝缘膜对CuPc-OFET的阈值电压漂移的影响
3.5.4 不同绝缘膜的CuPc—OFET的C—V特性
3.5.4.1 MIS结构C-V特性测试简介
3.5.4.2 CuPc—MIS的C—V特性
3.5.4.3 不同栅绝缘层的CuPc—MIS的高频C—V特性
3.6 本章小结
参考文献
第四章 新型OFET器件以及器件参数的优化
4.1 引言
4.2 新型底电极WET器件
4.2.1 新型底电极OFET器件的结构与制备方法
4.2.2 新型底电极OFET器件性能与常规WET器件性能的比较
4.2.3 附加绝缘膜材料对新型底电极OFET器件的性能
4.2.4 附加绝缘膜厚度(d_(ai))对新型底电极OFET器件性能的影响
4.2.5 高性能新型底电极OFET器件的原理分析
a.顶电极器件的接触电阻对器件性能的影响
b.电场分布的影响
4.3 OFET器件有源层厚度的优化
4.3.1 引言
4.3.2 实验方法
4.3.3 不同厚度有源层OFET器件的性能
4.3.4 实验结果分析
4.4 本章小结
参考文献
第五章 有机半导体载流子输运机制的研究
5.1 引言
5.2 有机材料中的电荷传输
5.2.1 跳跃模型(hoppingmodel)
5.2.2 小极化子模型(smallpolaronmodel)
5.2.3 多重捕获与释放模型(multipletrappingandreleasemodel)
5.2.4 多晶晶界陷阱模型(grainboundarytrappingmodel)
5.3 有关CuPc—OFET场效应迁移率的实验现象
5.3.1 CuPc—OFET场效应迁移率与栅电压的关系
5.3.2 掺杂对CuPc—OFET场效应迁移率的影响
5.3.3 CuPc—OFET场效应迁移率与温度的关系
5.3.4 实验结果分析
5.4 多晶模型的数值模拟
5.4.1 模型的建立
5.4.2 模拟结果
5.5 小结
参考文献
第六章 总结
发表论文和申请专利
致谢
作者简介
长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文原创性声明
发布时间: 2006-03-14
参考文献
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