有機(jī)雙極型晶體的研究進(jìn)展

有機(jī)雙極型晶體的研究進(jìn)展

1載流子和流動器半導(dǎo)體孟加拉國是現(xiàn)代電子工業(yè)的支柱，也是20世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要源泉。半導(dǎo)體最基本的元件是基于稼材料的晶體管,它在20世紀(jì)40年代被首次提出。此類晶體管是一種雙極型器件,常應(yīng)用于放大器。后來發(fā)展的另一種器件結(jié)構(gòu)——場效應(yīng)晶體管(FET),是電子元件如邏輯電路和微處理器最基本的構(gòu)建基石。場效應(yīng)晶體管是一種單極型器件,它通過在第3個電極上施加電壓來控制另外2個電極中電流的流動,類似于早期收音機(jī)和電視機(jī)中真空三極管的工作模式。依賴于器件的應(yīng)用領(lǐng)域,到目前為止各種各樣的半導(dǎo)體材料已經(jīng)被用來構(gòu)建晶體管。除了晶體管的放大性質(zhì),工作頻率也是一個至關(guān)重要的參數(shù),即開態(tài)和關(guān)態(tài)之間所需要的開關(guān)時間。因此,一臺計算機(jī)的功率與一個晶體管每秒完成的基本運(yùn)行數(shù)量直接相關(guān)。目前高速的晶體管已經(jīng)能夠在每秒運(yùn)行幾十億次。就半導(dǎo)體材料性質(zhì)而言,運(yùn)行速率和材料的載流子遷移率成正比。鑒于電導(dǎo)率σ是電子導(dǎo)體的一個重要的參數(shù),載流子遷移率μ是半導(dǎo)體的重要參數(shù),因此,在過去50年中,開展了大量關(guān)于無機(jī)半導(dǎo)體的研究工作。對于這些材料而言,不管是在實驗方面還是在理論方面都已經(jīng)積累了大量的知識。直接帶系半導(dǎo)體,如單晶砷化稼(GaAs),所具有的最高載流子遷移率達(dá)到104cm2/V·s,也因此高速器件可以被構(gòu)建。一個間接帶系半導(dǎo)體,如單晶硅,顯示出稍低的遷移率,為103cm2/V·s,但仍然滿足高速電子的需求。這些單晶材料要獲得電子級的純度所花費(fèi)的成本仍然十分昂貴,這就決定它們不適合生產(chǎn)大面積的器件,如有源矩陣液晶顯示。平板顯示器由幾百萬個像素組成,每一個像素的開關(guān)由一個指定的晶體管來完成,因此它需要成本更低的技術(shù)。幸運(yùn)的是,這種最為重要的工業(yè)應(yīng)用并不需要很高的開關(guān)速率,因為人眼的響應(yīng)時間在幾十個毫秒范圍內(nèi)。從這一點來說,低遷移率的無機(jī)半導(dǎo)體反而是適合的,如多晶硅(μ=10cm2/V·s)和非晶硅(μ=0.1~1cm2/V·s)。盡管這些材料的遷移率很低,但是因為其相對低的加工成本和簡單的加工工藝,所以在過去的30年里,它們?nèi)匀槐粡V泛地應(yīng)用在這些并不需要高開關(guān)速率的電子器件中(如標(biāo)簽、顯示以及智能卡)。通過一系列載流子遷移率在0.1到104cm2/V·s之間的半導(dǎo)體材料,可以區(qū)分和檢驗傳統(tǒng)的無機(jī)半導(dǎo)體電子器件。這些無機(jī)的電子器件在不同的領(lǐng)域,如從昂貴的、快速的計算機(jī)到顯示器以及低成本、低端的電子產(chǎn)品中得到應(yīng)用。另一方面,從20世紀(jì)50年代開始有機(jī)半導(dǎo)體已經(jīng)被研究,研究對象主要是有機(jī)小分子,如凝聚態(tài)的碳?xì)浠衔锖腿玖?。然?它們的半導(dǎo)體性質(zhì)和重復(fù)性十分差,這導(dǎo)致這些材料被認(rèn)為不適合真正電子器件的發(fā)展。因此,有關(guān)有機(jī)材料的研究興趣相對較小,這一狀況一直延續(xù)到20世紀(jì)70年代。第一次世界能源危機(jī)重新激起有關(guān)有機(jī)半導(dǎo)體的研究興趣,其目的在于開發(fā)廉價的、柔性的以及大面積的有機(jī)太陽能電池。但是,經(jīng)過10年的密集研究后,大學(xué)和私人企業(yè)的研究結(jié)果表明有機(jī)半導(dǎo)體具有十分嚴(yán)重的缺陷,包括存在高密度的缺陷以及非常低的載流子遷移率。因此,有關(guān)有機(jī)半導(dǎo)體的研究興趣逐漸消退。直到20世紀(jì)70年代末,一類新的材料共軛聚合物以及它們的典型聚乙炔被提出,這一情況才得到改變。這些聚合物存在兩個態(tài):一個是氧化態(tài),具有本征的電導(dǎo)率;另一個是中性態(tài),其電學(xué)行為定義較少,范圍從絕緣體到半導(dǎo)體。聚乙炔在空氣中極高的不穩(wěn)定性束縛了它的性質(zhì)。因此研究的焦點是其氧化態(tài)行為。文獻(xiàn)中有機(jī)FET的第一個先例是基于聚乙炔的器件,于1983年被提出,但是除了其器件的不穩(wěn)定性,它獲得的遷移率也非常低,僅為10-5cm2/V·s。1982年,通過電化學(xué)的方法在導(dǎo)電的基板上(電極)成功合成出的共軛聚噻酚在空氣中具有優(yōu)良的穩(wěn)定性,這才表明有機(jī)電子器件開始正式發(fā)展。采用通過電化學(xué)的方法合成出來的聚噻酚,可以用來充當(dāng)太陽能電池晶體管的有源層,但是它們的載流子遷移率也較低。聚苯乙烯撐(PPV)具有空氣穩(wěn)定性,但是其場效應(yīng)遷移率也只有10-4~10-5cm2/V·s。20世紀(jì)80年代后期,也提出采用小分子酞菁化合物這種材料,但是它們?nèi)匀徊荒茱@著地提高有機(jī)半導(dǎo)體性質(zhì),其載流子遷移率不能被大幅度提高,仍然低于10-4cm2/V·s,所以許多研究人員不禁懷疑采用有機(jī)半導(dǎo)體作為電子器件有源層是否真正地具有應(yīng)用前景。20世紀(jì)90年代,短鏈的共軛低聚物噻酚顯示出10-1m2/V·s的場效應(yīng)遷移率,這幾乎達(dá)到了非晶硅的水平。與這一結(jié)果同時提出的是第一個采用PPV構(gòu)建的有機(jī)發(fā)光二極管,這兩個結(jié)果標(biāo)志著有關(guān)有機(jī)電子器件的大量研究工作真正開始了,從而掀起了有機(jī)器件研究的高潮。在介紹這個領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展水平之前,我們首先闡述有機(jī)場效應(yīng)晶體管工作模式的基本原理。2有機(jī)膜干燥器2.1頂接觸型的選擇有機(jī)場效應(yīng)晶體管通常是由基底、柵電極、絕緣層、半導(dǎo)體層、源漏電極5個部分組成。一般來說,按照源漏電極和半導(dǎo)體層沉積順序的不同可以分為頂接觸器件和底接觸器件。源漏電極沉積在半導(dǎo)體層上時稱為頂接觸型有機(jī)晶體管,反之源漏電極位于半導(dǎo)體層下時稱為底接觸型有機(jī)晶體管。器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。這兩種構(gòu)型的有機(jī)晶體管各有優(yōu)缺點。對于頂接觸型OFETs來說,其最大的問題是加工性。因為大部分有機(jī)半導(dǎo)體都有很強(qiáng)的化學(xué)敏感性,在源漏的光刻加工過程中,所用的化學(xué)溶劑通常會污染有機(jī)半導(dǎo)體層,從而造成器件性能的降低。然而,對于底接觸型OFETs來說,由于有機(jī)半導(dǎo)體層沉積在含有源漏電極底柵絕緣層上導(dǎo)致在電極和絕緣層界面處形成臺階,尤其在界面處產(chǎn)生大量的缺陷,增大了接觸電阻,限制了電荷的注入,因此降低了器件性能。在我們的研究和材料的表征中通常采用頂接觸型,使用漏掩模版(shadowmask)沉積源漏電極,避免使用化學(xué)溶劑,以獲得高性能的OFET。然而在實際的應(yīng)用中,如果要滿足電極圖案化和溝道尺寸的要求,并且必須采用光刻工藝,那么通常采用底接觸型OFET。值得一提的是,T.N.Jackson組提出通過化學(xué)修飾電極的方法改善源漏電極和絕緣層之間的薄膜形態(tài),這種方法提高了底接觸OFETs的器件性能。2.2有機(jī)晶體的特性一個場效應(yīng)晶體管的基本功能是通過在第3個電極(柵電極)上應(yīng)用的電壓來調(diào)節(jié)2個源漏電極之間導(dǎo)電溝道中電流的流動,那么場效應(yīng)是如何產(chǎn)生的?考慮由金屬和p型半導(dǎo)體組成電容器,其中空穴是主要載流子。當(dāng)沒有偏壓應(yīng)用到面板時,自由載流子將均勻地分布在整個有機(jī)半導(dǎo)體層中。因為載流子的密度非常低,所以此時有機(jī)半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率和源漏電極之間的電流都非常小。然而,當(dāng)應(yīng)用一個負(fù)偏壓在柵電極上時,大量的空穴被吸引到p型半導(dǎo)體的表面且形成一個薄層。這一薄層的載流子密度顯著地增加,從而電導(dǎo)率也大幅度提高并形成導(dǎo)電溝道。另一方面,當(dāng)在柵電極上應(yīng)用一個正的偏壓時,半導(dǎo)體中載流子被耗盡。高柵壓下,耗盡區(qū)能夠擴(kuò)展到整個半導(dǎo)體。因此通過外加不同的電壓,既可以在半導(dǎo)體和絕緣層之間的界面處形成電荷的累積也可以形成電荷的耗盡,從而可以有效地調(diào)節(jié)溝道中載流子密度。因此,一個場效應(yīng)晶體管FET,是一個由3個電極組成的單極型器件,它通過柵極偏壓來調(diào)節(jié)半導(dǎo)體層和絕緣層之間導(dǎo)電溝道的電導(dǎo)率。下面以p型的酞菁銅薄膜晶體管為例,介紹有機(jī)場效應(yīng)晶體管的工作機(jī)制,以及晶體管參數(shù)的提取。酞菁銅是典型的p型半導(dǎo)體,其主要的載流子為空穴。有機(jī)場效應(yīng)晶體管是一個三電極系統(tǒng),包括柵電極、源電極和漏電極。源電極接地,通過柵-源電壓(VG)調(diào)節(jié)源漏電流(IDS)。對于傳統(tǒng)的增強(qiáng)型(enhancement)有機(jī)晶體管來說,VG為零電壓時為關(guān)態(tài)(Off-state),此時的IDS稱為關(guān)態(tài)電流(Ioff)。當(dāng)VG為一定的負(fù)電壓時,器件成開態(tài)(on-state)。此時的IDS稱為開態(tài)電流(Ion)。有機(jī)晶體管有兩條特性曲線,分別為輸出特性曲線(IDS-VDS)和轉(zhuǎn)移特性曲線(IDS-VGS)。輸出的特性曲線是在不同的VGS下,IDS隨著VGS變化的曲線,它可以分為線性區(qū)和飽和區(qū)兩個區(qū)域,如圖2所示。對于傳統(tǒng)的p型累積模式的酞菁銅晶體管而言,當(dāng)所加的VGS為正電壓時,器件工作在一個耗盡模式。導(dǎo)電溝道的載流子被耗盡,產(chǎn)生一個高溝道電阻(關(guān)態(tài))。當(dāng)所加的VGS為負(fù)電壓時,器件工作在一個累計模式,大量的載流子被累計在半導(dǎo)體層和絕緣層的界面處,形成低電阻的導(dǎo)電溝道(開態(tài))。然而對于n型半導(dǎo)體而言,其主要載流子為電子,所加的電壓正好和p型相反。一個典型的p型有機(jī)薄膜晶體管的輸出特性曲線,如圖2(a)所示。以一塊重?fù)诫s的硅片充當(dāng)柵電極,以300nm熱氧化的二氧化硅作為柵絕緣層,以通過熱蒸發(fā)沉積30nm厚的金透過漏版作為源漏電極,以通過真空沉積的方法制備的50nm厚的酞菁銅作為晶體管的有源層。晶體管采用的構(gòu)型為頂接觸構(gòu)型。在VDS較小時,IDS隨VDS線性增加,這一個區(qū)域稱為線性區(qū)。這一區(qū)域可以通過下面的方程被描述:式中,Ci代表單位面積的絕緣層電容(F/cm2),W代表溝道的寬度,L代表溝道長度,VT代表閾值電壓,μ代表載流子的場效應(yīng)遷移率。通過計算的跨導(dǎo)(gm)可以獲得線性區(qū)的遷移率μ:通過線性擬合線性區(qū)(-VDS<-(VGS-VT))的IDS-VGS的曲線,所獲得的斜率為gm。此時的VDS處于輸出曲線線性區(qū)的范圍內(nèi)。當(dāng)(-VDS>-(VGS-VT))時,因為累積層的夾斷IDS逐漸飽和,我們稱為飽和區(qū)。此時的IDS只和VGS有關(guān)而和VDS無關(guān),可用下面方程描述:在飽和區(qū),載流子的遷移率可以通過擬合曲線所獲得。擬合的直線外推到x軸,和x軸的交點即為閾值電壓。根據(jù)以上所述,通過實驗中提供的參數(shù)Ci=9.06nF/cm2、閾值電壓-9V、溝道的寬度1350μm以及長度80μm可以計算得出器件的遷移率為0.02cm2/V·s。在有機(jī)場效應(yīng)晶體管中,另外一個重要的參數(shù)就是開關(guān)態(tài)電流比(Ion/Ioff),在實驗中對于累計型器件,關(guān)態(tài)電流定義為最低點時的源漏電流,開態(tài)電流定義為50V柵壓下的源漏電流。從圖2中可以獲得酞菁銅晶體管的開關(guān)態(tài)電流比105。需要注意的是,溝道寬長比(W/L)必須大于10,目的是降低溝道外圍的邊緣電流效應(yīng)。這些外圍的邊緣電流會導(dǎo)致載流子遷移率被高估。另一個解決的辦法是通過圖案化有機(jī)半導(dǎo)體層,使得有機(jī)半導(dǎo)體不大于溝道寬度,從而解決了邊緣電流的問題。嚴(yán)格來說,通過上面介紹的方法所獲得的載流子的場效應(yīng)遷移率只是一個近似的值。因為以上的方程只是在遷移率為常數(shù)的情況下才適用,然而有機(jī)場效應(yīng)晶體管中的遷移率常常表現(xiàn)為柵壓的依賴性。G.Horowitz等系統(tǒng)地描述了場效應(yīng)遷移率的柵壓依賴性,而且闡述了器件中接觸電阻的問題。大部分文獻(xiàn)中報道的遷移率值通常在頂接觸型有機(jī)場效應(yīng)晶體管的飽和區(qū)獲得。然而,一般來說,飽和區(qū)遷移率大于線性區(qū)遷移率。因為考慮到電荷注入限制問題,在VDS較低時經(jīng)常出現(xiàn)IDS的非線性增長,這種現(xiàn)象是由非歐姆電流造成的。電荷的注入可以和很多因素有關(guān),如金屬和有機(jī)半導(dǎo)體功函的匹配以及界面的陷阱態(tài)等,這一現(xiàn)象已經(jīng)通過不同的實驗方法被證實了。2.3有機(jī)場效應(yīng)晶體的發(fā)展歷程1986年,日本科學(xué)家Tsumura通過電化學(xué)聚合的方法制備出第一個有機(jī)場效應(yīng)晶體管,并且給出全面的器件參數(shù)。遷移率為10-5cm2/V·s,閾值電壓為-13V,開關(guān)態(tài)電流比為103。從此,有機(jī)場效應(yīng)晶體管進(jìn)入了一個飛速發(fā)展的時期。新有機(jī)晶體管材料不斷地被推出,極大地豐富了器件性質(zhì)的研究。大量的有關(guān)有機(jī)晶體管的文獻(xiàn)代表了它已經(jīng)引起了人們最為廣泛的關(guān)注,許多的研究者投入到它的研究中來。表1中列出了從1986年到2004年有關(guān)有機(jī)場效應(yīng)晶體管的發(fā)展歷程,并給出了器件最重要的兩個參數(shù):載流子遷移率和開關(guān)態(tài)電流比。從表1中可以看出,從第一個有機(jī)晶體管出現(xiàn)直至今,有機(jī)晶體管的性能在不斷被提高?？偟膩碚f,這一發(fā)展歷程可以被分為3個階段:(1)新的有機(jī)半導(dǎo)體材料被合成,或者一個已知的有機(jī)半導(dǎo)體材料首次作為有源層被應(yīng)用到有機(jī)場效應(yīng)晶體管中;(2)通過薄膜沉積參數(shù)的優(yōu)化,提高薄膜結(jié)構(gòu)和形態(tài),從而改善器件性能;(3)通過優(yōu)化器件構(gòu)型,提高有機(jī)晶體管的性能。到目前為止,有機(jī)場效應(yīng)晶體管的遷移率已經(jīng)超過了它在低端市場主要的競爭者非晶硅的水平。在整個有機(jī)場效應(yīng)晶體管的發(fā)展過程中,我們主要可以分為以下幾個階段:(1)1986年第一個基于聚噻酚的有機(jī)薄膜晶體管的發(fā)明;(2)1989年基于有機(jī)小分子噻酚作為有源層的有機(jī)薄膜晶體管的構(gòu)建,代表了第一個真正意義上實用型器件的完成;(3)1997年基于并五苯的器件的遷移率達(dá)到1.5cm2/V·s,代表了有機(jī)薄膜晶體管的性能達(dá)到非晶硅的水平,為其實際應(yīng)用提高了性能的保障。到目前為止,單個器件的性能似乎呈飽和趨勢。從過去的經(jīng)驗來看,當(dāng)器件性能到達(dá)一個飽和區(qū),一個新的材料必將被推出,它使得器件性能又一次被突破,進(jìn)而推動有機(jī)場效應(yīng)晶體管的進(jìn)一步發(fā)展。3有機(jī)集成3.1互補(bǔ)集成器件在有機(jī)電子邏輯電路方面,第一個報道是1995年飛利浦實驗室的A.R.Brown組利用光刻技術(shù)在輕摻雜Si襯底上制備出的pentacene和PTV為有源層的OTFTs集成電路。盡管是首次關(guān)于OTFTs集成電路的報道,卻實現(xiàn)了OTFTs的反相器(inverter)、異或(NOR)門以及包含5個非門的振蕩器(ringoscillators)電路,在采用pentacene的振蕩器中其振蕩頻率為130Hz,而用PTV材料的振蕩頻率為10~50Hz。但上述結(jié)果是建立在兩個p型有機(jī)半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)上。為了實現(xiàn)數(shù)字集成電路的低功耗、噪聲容限大、設(shè)計簡單等特點,通常采用的方法是互補(bǔ)邏輯電路。1996年,A.Dodabalapur最先提出了混合有機(jī)和無機(jī)互補(bǔ)電路的解決方案,在重?fù)诫sSi襯底上實現(xiàn)了將n型a-Si:HTFT與p型α-6TOTFT集成制備出互補(bǔ)型的反相器電路。隨著性能相對穩(wěn)定的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)及其場效應(yīng)遷移率的不斷提高,A.Dodabalapur及其研究小組于1996年又率先提出了有機(jī)材料的互補(bǔ)集成器件。當(dāng)時具有最高電子遷移率的n型有機(jī)半導(dǎo)體材料NTCDA被應(yīng)用于互補(bǔ)邏輯的n溝道OTFT中,而p溝道的OTFT則采用了CuPc、α-6T和pentacene等材料。1998年,飛利浦實驗室的DagodeLeeuw及其合作者在全聚合物集成電路研究方面邁出了一大步,他們在柔性襯底上首次制備了較大規(guī)模的有機(jī)集成電路。在單管OTFT器件基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了簡單的非門、與非門邏輯電路,接著是包含7個非門的振蕩器電路以及D類型觸發(fā)器電路,最后完成了包含326個有機(jī)薄膜晶體管和300個過孔的15位可編程碼發(fā)生器。此可編程碼發(fā)生器包含了時鐘發(fā)生器、一個5位的計數(shù)器和解碼邏輯電路,能夠生成一個15位用戶可編程的串行數(shù)據(jù)流,其位率達(dá)到30bps,這是歷史上第一個真正意義上的具有一定邏輯功能的較大規(guī)模的有機(jī)集成電路,也是未來實現(xiàn)智能卡、價格標(biāo)簽、商品防盜標(biāo)簽等有機(jī)電子功能器件的基礎(chǔ)。在2000年,同一實驗室的G.H.Gelinck等人通過優(yōu)化工藝和新的結(jié)構(gòu)設(shè)計,把上述電路的性能進(jìn)一步提升,其數(shù)據(jù)流的位率達(dá)到了100bps。在同期的研究工作中,還包括T.N.Jackson研究小組基于單p型pentacene有機(jī)材料OTFT的反相器、振蕩器的研究,以及p型pentaceneOTFT與n型a-Si:HTFT集成的互補(bǔ)邏輯電路的研究。1999年,朗訊貝爾實驗室Y.Lin領(lǐng)導(dǎo)的研究小組用α-6T和F16CuPc材料制備的互補(bǔ)邏輯器件制備了5段的振蕩器,在用DHα-5T替代α-6T后使振蕩器的性能得到很大提高,振蕩頻率達(dá)到2.63kHz,這在當(dāng)時是最高的振蕩頻率。2000年,貝爾實驗室的B.Crone等人報道了一個更大規(guī)模的有機(jī)互補(bǔ)集成電路,此電路可實現(xiàn)行解碼及移位寄存器的功能,共包含了864個有機(jī)薄膜晶體管,這是目前所報道的最大規(guī)模的有機(jī)互補(bǔ)集成電路。接著M.G.Kane小組和T.N.Jackson小組共同合作,在低成本的聚合物襯底上制備了有機(jī)模擬及數(shù)字電路,并首次在聚合物襯底上對有機(jī)電路進(jìn)行了動態(tài)測試。他們制備的振蕩器的最高振蕩頻率為1.7kHz,門延遲低于60μs,是目前報道的在塑料襯底上最短的門延遲電路,同時他們還完成了一個有機(jī)差分放大器的制作。在2000年底,劍橋大學(xué)的Cavendish實驗室報道了采用高分辨率噴墨打印工藝制備的溝道寬度僅為5μm的全聚合物反相器電路,這為低成本高性能的有機(jī)電子電路的工藝進(jìn)行了有益的探索。2004年,3M公司也推出了完全基于并五苯的RFID標(biāo)簽,它由一個7位的振蕩器、一個異或門和兩個輸出的方向器組成。其構(gòu)建的工藝流程和傳統(tǒng)的工藝相近,以2nm的Ti和75nm的Au的復(fù)合金屬層作為柵電極,絕緣層采用電子束沉積的Al2O3,源漏電極采用熱蒸發(fā)的Au。表面處理劑聚甲基苯乙烯(Poly(α-methylstyrene))通過旋涂的方法沉積在絕緣層上并提高并五苯的遷移率。所有的薄膜通過聚合物掩膜版的方法進(jìn)行圖案化。從有機(jī)場效應(yīng)晶體管在集成電路方面的發(fā)展歷程可以看出,在未來的幾年中必將完成實驗室的研發(fā)工作,從而進(jìn)入廣闊的電子市場。3.2雙極型晶體的其他應(yīng)用自從有機(jī)晶體管的器件性能達(dá)到非晶硅器件的水平,應(yīng)用于實際生活中的研發(fā)就被提上了日程。有機(jī)薄膜晶體管的一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是集成電路。由于互補(bǔ)技術(shù)具有高噪音容限、低功耗等優(yōu)點,因此能夠被采用在構(gòu)建數(shù)字電路中。為了設(shè)計高效的有機(jī)集成電路,互補(bǔ)技術(shù)是迫切需要的。這就需要有機(jī)晶體管能夠在雙極型的模式下工作,即電子和空穴溝道在單個器件中同時存在。然而,對于有機(jī)晶體管來說,由于雜質(zhì)的存在,因此通常情況下僅表現(xiàn)為單極型工作。這就為新型的雙極型器件研究提出了挑戰(zhàn)。自從1995年朗訊科技的貝爾實驗室構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)型有機(jī)薄膜晶體管實現(xiàn)了第一個雙極型工作的器件后,在以后的5~6年里,一直沒有相關(guān)的報道。2003年,由于單極型器件性能的飛速提高,加上應(yīng)用的迫切性,雙極型晶體管的研究又成為了熱點。為了獲得雙極型有機(jī)晶體管,新的器件結(jié)構(gòu)、電極、半導(dǎo)體材料和加工方法紛紛被報道。總結(jié)一下,主要有以下幾個具有代表性的工作:(1)1995年,貝爾實驗室提出的含有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管,有機(jī)晶體管的有源層為α-6T和C60組成的異質(zhì)結(jié),器件的電子遷移率為0.005cm2/V·s,空穴遷移率為0.004cm2/V·s;(2)2003年,美國密里蘇達(dá)大學(xué)Frisbie的研究組在3′4′-dibutyl-5,5′-bis(dicyanomethylene)-5,5′-dihydro-2,2′:5′,2′-terthiophene單質(zhì)材料中首次觀察的雙極型的電荷傳輸現(xiàn)象,電子和空穴遷移率均為10-4cm2/V·S;(3)2003年,荷蘭的飛利浦實驗室報道了通過采用兩種不同類型的有機(jī)半導(dǎo)體的交聯(lián)互穿網(wǎng)絡(luò)作為有源層制備的有機(jī)晶體管顯示出典型的雙極型的電荷輸運(yùn)性質(zhì),此外他們也提出了利用窄帶系材料降低兩種載流子的注入勢壘的方法,制備出帶系寬度為1.5