有機場效應晶體管（organic fieldeffect tran-sisbor，OFET）因具有以下幾個突出特點而受到研究人員的極大重視：材料來源廣、可與柔性襯底兼容、低溫加工、適合大批量生產(chǎn)和低成本等。它用途廣泛，可用于全有機主動顯示、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、記憶組件、傳感器、有機激光、互補邏輯電路和超導材料制備等。

有機場效應晶體管工作原理

有機場效應晶體管由三個電極即源極（source）漏（drain）極、柵極（gate）、有機半導體層和柵絕緣層組成。根據(jù)器件的結構，有機場效應晶體管可以分為四類：底柵底接觸式、頂柵頂接觸式、項柵底接觸式和底柵I頁接觸式（圖1）。底柵和頂柵是根據(jù)柵極的位置來劃分，底柵是柵極沉積在柵絕緣層的下方，頂柵是柵極沉積在有機半導體和絕緣層上方;而頂接觸和底接觸是根據(jù)有機半導體和源漏電極的位置來劃分，頂接觸是有機半導體先生長在柵絕緣層再進行源漏電極的沉積，而底接觸是有機半導體的基底是源漏電極和柵絕緣層。不同的器件結構會引起不同的載流子注入方式和器件性能，比如在底柵底接觸中，載流子可以直接從電極邊緣注入導電溝道中，而在底柵頂接觸中，有機半導體把源漏電極和導電溝道隔開，從電極向導電溝道注入的載流子必須穿過有機半導體層才能到達導電溝道中，這樣很有可能會增加接觸電阻而導致載流子的注入效率降低，但是這種結構的器件由于電極與有機半導體的接觸面積相對較大，在有機半導體層很薄的情況下，接觸電阻反而變得很小：另外，由于項接觸是有機半導體材料直接沉積在絕緣層上，膜的質(zhì)量也比較優(yōu)質(zhì)，因此器件的性能比底接觸的較好一些。但是從制作器件的工藝方面考慮，頂接觸是源漏電極沉積在有機半導體薄膜上，很可能對有機半導體引起一些負面影響，比如破壞有機半導體的結構等：另一方面，頂接觸器件尺寸和集成度不能做到比底接觸的小和高，因此，頂接觸不宜進行大面積的生產(chǎn)，在一定程度上限制了其實際應用。

以P型有機場效應晶體管（見下圖）為例來說明OFET的工作原理。

有機場效應晶體管在結構上類似一個電容器，源、漏電極和有機半導體薄膜的導電溝道相當于一個極板，柵極相當于另一個極板。當在柵、源之間加上負電壓從VGS后，就會在絕緣層附近的半導體層中感應出帶正電的空穴，柵極處會積祟帶負電的電子。此時在源、漏電極之間再加上一個負電壓VDS，就會在源漏電極之間產(chǎn)生電流IDS通過調(diào)節(jié)VGS和Vns可以調(diào)節(jié)絕緣層中的電場強度，而隨著電場強度的不同，感應電荷的密度也不同。因而，源、漏極之間的導電通道的寬窄也就不同，進而源、漏極之間的電流也就會改變。由此，通過調(diào)節(jié)絕緣層中的電場強度就可以達到調(diào)節(jié)源漏極之間電流的目的。保持VDS不變，當VGS較小時IDS很小，稱為“關”態(tài)；當VGS較大時，IDS達到一個飽和值，稱為“開”態(tài)。

有機場效應晶體管主要性能指標

對有機半導體層的要求主要有以下幾個方面：第一，具有穩(wěn)定的電化學特性和良好的π共扼體系，只有這樣才有利于載流子的傳輸，獲得較高遷移率；第二，本征電導率必須較低，這是為了盡可能降低器件的漏電流，從而提高器件的開關比。此外，OFET半導體材料還應滿足下列要求：單分子的最低未占分子軌道（LUMO）或最高已占分子軌道（HOMO）能級有利于電子或空穴注入；固態(tài)晶體結構應提供足夠分子軌道重疊，保證電荷在相鄰分子間遷移時無過高能壘。因此，評價OFET的性能指標主要有遷移率、開—關電流比、閾值電壓3個參數(shù)。場遷移率是單位電場下電荷載流子的平均漂移速度，它反映了在不同電場下空穴或電子在半導體中的遷移能力；開—關電流比定義為在“開”狀態(tài)和“關”狀態(tài)時一的漏電流之比，它反映了在一定柵極電壓下器件開關性能的優(yōu)劣。為了實現(xiàn)商業(yè)應用，OFET的遷移率一般要求達到0.O1cm2/（V·s），開—關比大于10。對于閾值電壓，要求盡量低。OFET發(fā)展至今，電壓由最初的幾十甚至上百伏下降到5V甚至更低。開關電流比由102~103提高到109，器件載流子遷移率也由最初的10-5cm2/（V·s）提高到了15.4cm2/（V?s）。

器件性能通常用輸出特性曲線和轉移特性曲線來表征。

下圖是以聚合物PDTT為半導體材料的頂結構OFET輸出特性曲線（a）和轉移特性曲線（b）圖。從下圖（a）可以看出漏電流ID在VD絕對值小于20V范圍內(nèi)隨VD絕對值的增大而增大。下圖（b）中，ID隨著VG負電壓絕對值的增大而增大。最終計算出該器件的遷移率為2.2x103cm2/（V·s）。

頂結構OFET輸出特性曲線及轉移特性曲線圖