Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое органический полевой транзистор, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое органический полевой транзистор, organic field-effect transistor, ofet , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
органический полевой транзистор ( OFET ) представляет собой полевой транзистор с использованием органического полупроводника в своем канале. OFET могут быть получены либо путем испарения небольших молекул в вакууме, литьем полимеров или небольших молекул из раствора , либо путем механического переноса отслоившегося монокристаллического органического слоя на подложку. Эти устройства были разработаны для реализации недорогих электронных продуктов большой площади и биоразлагаемой электроники . OFET изготавливаются с различной геометрией устройств. Наиболее часто используемая геометрия устройства - это нижний затвор с верхними электродами стока и истока , потому что эта геометрия аналогична геометриитонкопленочный кремниевый транзистор (TFT), использующий термически выращенный SiO 2 в качестве диэлектрика затвора . Органические полимеры, такие как полиметилметакрилат ( ПММА ), также могут использоваться в качестве диэлектрика. . Одним из преимуществ OFET, особенно по сравнению с неорганическими TFT, является их беспрецедентная физическая гибкость , которая ведет к биосовместимым приложениям, например, в будущей индустрии здравоохранения персонализированной биомедицины и биоэлектроники.
В мае 2007 года Sony сообщила о первом полноцветном, гибком, полностью пластиковом дисплее с высокой скоростью передачи видео , в котором как тонкопленочные транзисторы, так и светоизлучающие пиксели были изготовлены из органических материалов.
Концепция полевого транзистора (FET) была впервые предложена Джулиусом Эдгаром Лилиенфельдом , который получил патент на свою идею в 1930 году. Он предположил, что полевой транзистор ведет себя как конденсатор с проводящим каналом между исток и сток-электрод. Приложенное напряжение на электроде затвора контролирует количество носителей заряда, протекающих через систему.
Первый полевой транзистор был разработан и изготовлен Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом в Bell Labs с использованием полевого транзистора металл-оксид-полупроводник: MOSFET ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). Он был изобретен в 1959 г. и представлен в 1960 г. Также известный как МОП-транзистор, МОП-транзистор является наиболее широко производимым устройством в мире. [10] Концепция тонкопленочного транзистора (TFT) была впервые предложена Полом К. Веймером в 1962 году. [11] TFT - это особый тип MOSFET. [12]
Рост стоимости материалов и изделий, [ править ] , а также общественный интерес в более экологически чистых материалов электроники, поддержали развитие органической электроники на основе в более поздние годы. В 1986 году Mitsubishi Electric исследователи Х. Koezuka, А. Tsumura и Tsuneya Андо сообщил первый органический полевой транзистор, [13] [14] на основе полимера из тиофена молекул. [15] Тиофеновый полимер представляет собой тип сопряженного полимера.который способен проводить заряд, устраняя необходимость в использовании дорогих металлооксидных полупроводников. Кроме того, было показано, что другие сопряженные полимеры обладают полупроводниковыми свойствами. Конструкция OFET также улучшилась за последние несколько десятилетий. Многие OFET в настоящее время разрабатываются на основе модели тонкопленочных транзисторов (TFT), что позволяет использовать в конструкции устройства менее проводящие материалы. За последние несколько лет эти модели были усовершенствованы в отношении полевой мобильности и отношений двухпозиционного тока.
Одной общей чертой материалов OFET является включение ароматической или иным образом сопряженной π-электронной системы, облегчающей делокализацию орбитальных волновых функций. Могут быть присоединены отводящие или отводящие электроны группы, которые облегчают перенос дырок или электронов.
OFETs , использующее множество ароматических и конъюгированные материалов в качестве активного полупроводникового слоя был зарегистрирован, в том числе и малые молекул , такие как рубрено , тетрацен , пентацен , diindenoperylene , perylenediimides , тетрацианхинодиметаны ( TCNQ ), и полимеры , такие как политиофен (особенно поли (3-hexylthiophene) ( P3HT)), полифлуорен , полидиацетилен , поли (2,5-тиениленвинилен) , поли (п-фениленвинилен) (PPV).
Эта область очень активна, о недавно синтезированных и испытанных соединениях еженедельно сообщается в известных исследовательских журналах. Существует множество обзорных статей, документирующих развитие этих материалов. [16] [17] [18] [19] [20]
OFET на основе рубрена демонстрируют самую высокую подвижность носителей 20–40 см 2 / (В · с). Другим популярным материалом OFET является пентацен, который используется с 1980-х годов, но его подвижность в 10-100 раз ниже (в зависимости от основы), чем у рубрена. [20] Основная проблема пентацена, как и многих других органических проводников, заключается в его быстром окислении на воздухе с образованием пентаценхинона. Однако, если пентацен предварительно окислен и образованный таким образом пентаценхинон используется в качестве изолятора затвора, то подвижность может приближаться к значениям рубрена. Этот метод окисления пентацена сродни окислению кремния, используемому в кремниевой электронике. [16]
Поликристаллический тетратиафульвален и его аналоги обеспечивают подвижность в диапазоне 0,1–1,4 см 2 / (В · с). Однако подвижность превышает 10 см 2 / (В · с) в монокристаллическом гексаметилентетратиафульвалене (HMTTF), выращенном из раствора или с переносом паров. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Напряжение включения / выключения различается для устройств, выращенных с помощью этих двух технологий, предположительно из-за более высоких температур обработки, используемых при увеличении переноса пара. [16]
Все вышеупомянутые устройства основаны на проводимости p-типа. OFET N-типа пока развиты слабо. Обычно они основаны на перилендиимидах или фуллеренах или их производных и показывают подвижность электронов ниже 2 см 2 / (В · с). [17]
Три основных компонента полевых транзисторов - это исток, сток и затвор. Полевые транзисторы обычно работают как конденсатор . Они состоят из двух пластин. Одна пластина работает как проводящий канал между двумя омическими контактами , которые называются контактами истока и стока. Другая пластина управляет зарядом, индуцируемым в канале, и называется затвором. Направление движения носителей в канале - от истока к стоку. Следовательно, взаимосвязь между этими тремя компонентами заключается в том, что затвор управляет перемещением носителя от истока к стоку. [21]
Когда эта концепция конденсатора применяется к конструкции устройства, различные устройства могут быть построены на основе различий в контроллере, то есть затворе. Это может быть материал затвора, расположение затвора относительно канала, то, как затвор изолирован от канала, и какой тип носителя индуцируется напряжением затвора в канале (например, электроны в n-канальном устройстве. , дырки в устройстве с p-каналом и электроны и дырки в устройстве с двойной инжекцией).
Три типа полевых транзисторов, классифицированных по свойствам носителя, схематично показаны на рисунке 1. Это MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник), MESFET (полевой транзистор металл-полупроводник) и TFT ( тонкопленочный транзистор).
Наиболее известным и широко используемым полевым транзистором в современной микроэлектронике является MOSFET ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник). В этой категории есть различные типы, такие как MISFET (полевой транзистор металл – изолятор – полупроводник) и IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором). Схема MISFET показана на рисунке 1a. Исток и сток соединены полупроводником, а затвор отделен от канала слоем изолятора. Если к затвору не приложено смещение (разность потенциалов), изгиб зоны индуцируется из-за разницы энергий металлической проводящей зоны и уровня Ферми полупроводника.. Поэтому на границе раздела полупроводник и диэлектрик образуется более высокая концентрация дырок. Когда к контакту затвора приложено достаточное положительное смещение, изогнутая полоса становится плоской. Если приложить большее положительное смещение, произойдет изгиб зоны в противоположном направлении, и область, близкая к границе раздела диэлектрик-полупроводник, станет обедненной дырками. Затем формируется обедненная область. При еще большем положительном смещении изгиб зоны становится настолько большим, что уровень Ферми на границе полупроводника и диэлектрика становится ближе к дну зоны проводимости, чем к вершине валентной зоны, поэтому он образует инверсию слой электронов, обеспечивающий проводящий канал. Наконец, он включает устройство.
Второй тип устройства описан на рис. 1б. Единственное отличие этого от MISFET состоит в том, что исток и сток n-типа соединены областью n-типа. В этом случае область истощения простирается по всему каналу n-типа при нулевом напряжении затвора в нормально выключенном устройстве (это похоже на большее положительное смещение в случае MISFET). В нормально «включенном» устройстве часть канала не истощается, что приводит к прохождению тока при нулевом напряжении затвора.
Тонкопленочный транзистор(TFT) показан на рисунке 1c. Здесь электроды истока и стока наносятся непосредственно на проводящий канал (тонкий слой полупроводника), а затем между полупроводником и металлическим контактом затвора осаждается тонкая пленка изолятора. Такая структура предполагает, что нет области истощения, отделяющей устройство от подложки. Если имеется нулевое смещение, электроны выталкиваются с поверхности из-за разницы энергий уровней Ферми полупроводника и металла. Это приводит к искривлению зон полупроводника. В этом случае движение носителя между истоком и стоком отсутствует. Когда приложен положительный заряд, скопление электронов на границе раздела приводит к изгибу полупроводника в противоположную сторону и к уменьшению зоны проводимости по отношению к уровню Ферми полупроводника. Затем на границе раздела формируется канал с высокой проводимостью (показан на рисунке 2).
OFET используют архитектуру TFT. С разработкой проводящего полимера были обнаружены полупроводниковые свойства малых сопряженных молекул. За последние десять лет интерес к ОФЭТ значительно вырос. Причины такого всплеска интереса разнообразны. Характеристики OFET, которые могут конкурировать с характеристиками TFT на аморфном кремнии (a-Si) с полевой подвижностью 0,5–1 см 2 В −1 с −1 и отношениями тока ВКЛ / ВЫКЛ (которые указывают на способность устройства до закрытия) 10 6 –10 8 , значительно улучшилось. В настоящее время подвижность тонких пленок OFET составляет 5 см 2 В -1 с -1.в случае вакуумного осаждения малых молекул [24] и 0,6 см 2 В -1 с -1 для полимеров, обработанных в растворе [25] . В результате в настоящее время существует больший промышленный интерес к использованию OFET для приложений, которые в настоящее время несовместимы с использованием a-Si или других технологий неорганических транзисторов. Одна из их основных технологических преимуществ заключается в том, что все слои OFET могут быть нанесены и сформированы при комнатной температуре путем сочетания недорогой обработки раствора и прямой записи печати, что делает их идеально подходящими для реализации недорогих, электронные функции большой площади на гибких подложках. [26]
Термически окисленный кремний - это традиционная подложка для OFET, где диоксид кремния служит изолятором затвора. Активный слой полевого транзистора обычно наносится на эту подложку с использованием либо (i) термического испарения, (ii) покрытия из органического раствора, либо (iii) электростатического ламинирования. Первые два метода приводят к получению поликристаллических активных слоев; их намного проще производить, но они имеют относительно низкую производительность транзисторов. Известны многочисленные вариации техники нанесения покрытия из раствора (ii), включая нанесение покрытия погружением , центрифугирование , струйную печать и трафаретную печать.. Техника электростатического ламинирования основана на ручном снятии тонкого слоя с монокристалла органического вещества; это приводит к превосходному монокристаллическому активному слою, но это более утомительно. Толщина оксида затвора и активного слоя менее одного микрометра. [16]
Переносчик несущей в OFET специфичен для двумерного (2D) распространения несущей в устройстве. Для этого исследования использовались различные экспериментальные методы, такие как эксперимент Хейнса-Шокли по временам пролета инжектированных носителей, времяпролетный эксперимент (TOF) [27] для определения подвижности носителей, эксперимент по распространению волны давления для исследования электрического -поле распределения в диэлектриках, органический монослой эксперимент для исследования ориентационных изменений дипольных, оптические с временным разрешением генерации второй гармоники (ТРМ-SHG) и т.д. в то время как носители распространяются через поликристаллические OFETs в диффузионно-типе (ловушки ограниченных) способе, [28 ] они движутся через зону проводимости в лучших монокристаллических ОПТ.[16]
Самым важным параметром транспортировки несущей OFET является мобильность оператора связи. Его эволюция за годы исследований OFET показана на графике для поликристаллических и монокристаллических OFET. Горизонтальными линиями показаны сравнительные руководства по основным конкурентам OFET - аморфному (a-Si) и поликристаллическому кремнию. График показывает, что подвижность в поликристаллических OFET сравнима с подвижностью a-Si, тогда как подвижность в OFET на основе рубрена (20–40 см 2 / (В · с)) приближается к подвижности лучших поликремниевых устройств.
Разработка точных моделей подвижности носителей заряда в OFET - активная область исследований. Фищук и др. разработали аналитическую модель подвижности носителей в OFET, которая учитывает плотность носителей и поляронный эффект .
Хотя средняя плотность несущих обычно вычисляется как функция напряжения затвора при использовании в качестве входных данных для моделей подвижности несущих, было показано, что спектроскопия модулированной амплитудной отражательной способности (MARS) обеспечивает пространственную карту плотности несущих в канале OFET.
Поскольку электрический ток течет через такой транзистор, его можно использовать в качестве светоизлучающего устройства, таким образом объединяя модуляцию тока и излучение света. В 2003 году немецкая группа компаний представила первый органический светоизлучающий полевой транзистор (OLET). [32] Устройство состоит из золотых электродов истока и стока с встречно расположенными штырями и тонкой пленки из поликристаллического тетрацена. Как положительные заряды ( дырки ), так и отрицательные заряды ( электроны ) инжектируются из золотых контактов в этот слой, что приводит к электролюминесценции тетрацена.
полевые транзисторы , полевой транзистор , полупроводниковые триоды , mosfet ,
NOMFET
Исследование, описанное в статье про органический полевой транзистор, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое органический полевой транзистор, organic field-effect transistor, ofet и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база