有机静电感应晶体管工作机理的解析

论文摘要

本论文的研究对象是一种新型结构的有机薄膜晶体管——有机静电感应晶体管（Organic Static Inductive Transistor:OSIT）。它具有静电感应晶体管（SIT）的垂直结构,使用有机半导体材料——酞菁铜（Copper Phthalocyanine:CuPc）作为有源层。这种CuPc-OSIT样品于1999年试制成功。本论文主要研究内容是解析CuPc-OSIT的工作机理。首先,根据实际制作的CuPc-OSIT样品建立了物理模型,选取适当的结构参数,并设定边界条件,采用有限元法,使用Marc软件,进行了仿真分析,获得了模型沟道内部的电位分布云图。然后依据电位分布图形,分析和讨论了OSIT的沟道势垒与偏压及结构参数的关系。验证了无机SIT的沟道势垒控制机制适用于OSIT器件。另一方面,为了解析OSIT器件的电流-电压（I-V）特性,了解有机电子器件中载流子注入和传输的实质,结合已有的理论模型,对OSIT样品的实测I-V特性曲线,进行数据拟合。通过比较理论拟合曲线与实测特性曲线,进一步讨论了不同工作电压范围下,OSIT器件中载流子的注入和传输模式。验证了无机SIT的相关理论对OSIT器件同样适用。本论文对OSIT的工作机理进行了比较系统和深入的理论分析和阐述。包括器件工作时其内部的电势分布状态,载流子注入和传输机理,以及工作特性与器件结构参数的关系等等。为建立完整的OSIT器件理论提供了一些依据,并为OSIT的结构参数优化设计及其实用化做了理论上的系统准备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外相关领域的研究概况
• 1.2.1 有机半导体材料的研究进展
• 1.2.2 有机薄膜晶体管的发展
• 1.2.3 静电感应器件的发展
• 1.3 待深入研究的问题
• 1.4 课题来源和主要研究内容
• 第2 章晶体管基本理论
• 2.1 金属和半导体的接触
• 2.1.1 金属半导体的接触势垒
• 2.1.2 金属－半导体接触的整流效应
• 2.1.3 欧姆接触
• 2.2 有机半导体材料导电性理论
• 2.2.1 有机半导体材料的理论模型
• 2.2.2 有机材料内的载流子传输
• 2.3 静电感应晶体管相关理论
• 2.3.1 沟道势垒控制
• 2.3.2 电流－电压特性
• 2.3.3 典型分类
• 2.4 本章小结
• 第3 章有机静电感应晶体管样品的制作及仿真解析
• 3.1 OSIT 样品的制作
• 3.2 有限元法的MARC 实现
• 3.2.1 有限元法简介
• 3.2.2 MSC.Marc 简介
• 3.2.3 有机静电感应晶体管的物理模型
• 3.3 OSIT 工作特性仿真分析结果
• 3.3.1 漏极偏压对OSIT 特性的影响
• 3.3.2 栅极偏压对OSIT 特性的影响
• 3.3.3 栅极长度对OSIT 沟道势垒的影响
• 3.3.4 沟道宽度对OSIT 特性的影响
• 3.4 本章小结
• 第4 章 OSIT 工作特性的数值分析
• 4.1 有机半导体材料中载流子的注入和输运理论
• 4.2 OSIT 的电流－电压特性测试曲线
• 4.3 OSIT 电流－电压特性的数值解析
• 4.3.1 小电压范围分析
• 4.3.2 大电压范围分析
• 4.3.3 讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢