CN104254929A - 有机场效应晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机场效应晶体管，所述有机场效应晶体管包括：第一电极(1)和第二电极(2)，所述电极提供源电极和漏电极，与第一和第二电极(1，2)电接触的本征有机半导体层(3)，栅电极(6)，在栅电极(6)和本征有机半导体层(3)之间设置的栅极绝缘层(5)，和包含有机基质材料和有机掺杂剂的掺杂有机半导体层(4)，其中在栅极绝缘层(5)和本征有机半导体层(3)之间设置掺杂有机半导体层(4)，其中在掺杂有机半导体层(4)中形成第一和第二电极(1，2)之间的电荷载子沟道。此外，本发明涉及用于制造有机场效应晶体管的方法。

Description

有机场效应晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及有机场效应晶体管及其制造方法。
背景技术
从20世纪80年代发明有机场效应晶体管(OFET)到现在，不断地提高它们的性能。现今，OFET用于驱动电子墨水显示器、印刷RFID标签和柔性电子装置。与硅技术相比，OFET的优点在于可以在大面积上在低处理温度下实现薄且柔性的电路。
通常，有机场效应晶体管包括栅电极、源电极和漏电极。此外，OFET包括有机半导体和将栅电极与有机半导体分离开来的栅极绝缘层。
尽管实现了进步，但由于它们的低性能和低稳定性，OFET的广泛应用仍然受限。然而，通过开发高级的OFET结构，有很大的可能实现改进。
尽管有机掺杂技术已经示为用于高效光电装置的关键技术，但将掺杂有机层用在有机晶体管中仍然非常罕见。
有三种不同的方法提高OFET的性能。
例如，可使用掺杂来减小在源和漏电极处的接触电阻。金属电极和有机半导体之间的薄p或n-掺杂层形成增加隧道电流的欧姆接触和增强电荷载子的注入。
一些团队报道了沟道“掺杂”对OFET性能的影响。例如，可以在氧化物表面使用单层Ca，将并五苯晶体管从p型切换成n型。单层完全覆盖绝缘层的表面，并且充当局部“伪掺杂剂”。在Ca和绝缘层之间没有电荷载子转移。而是，通过单层中的Ca原子生成电场。Ca单层填充有机半导体和栅极绝缘层之间的界面处的电子陷阱。已经表明，通过空气稳定的n-掺杂剂“掺杂”n-OFET的沟道可增加n型晶体管的空气稳定性。
此外，已经报道了可通过掺杂浓度而改变阈值电压。Meijer等人在Journal of Applied Physics(应用物理期刊),第93卷,第8期,第4831页,2003研究了通过氧气暴露进行掺杂对聚合物晶体管的作用。尽管观察到接通电压(平带电压)的变化，但该作用与作者的掺杂无关。类似地，其他作者发现在施加掺杂剂情况下阈值电压的类似变化，但通常，与沟道掺杂相比，该作用更与接触掺杂的影响有关。
反型FET通常处于OFF(关闭)状态，并且反型沟道必须通过施加的栅电压而形成，以便接通晶体管。反型FET用在CMOS电路中并且是所有集成电路的最基本的构件。已知在有机MIS(金属绝缘半导体)电容器中，不能达到反型区(inversion regime)。然而，通过模拟已经预期可在FET结构中形成反型沟道，条件是在源和漏电极处注入少数载子。Huang等人在Journal of Applied Physics(应用物理期刊),第100卷,第11期,第114512页,2006表明，通过电晕放电，在沉积有机层之前，通过对栅极绝缘层充电，可使通常n型本征导电的材料为p型导电的。
文献US 2010/0096625 A1公开了一种有机场效应晶体管，其包括在其上设置源和漏电极的基底。半导体层沉积在该电极之上并且与该电极电接触。半导体层由下子层和上子层形成。在上子层之上，设置介电层和栅电极。半导体层的半导体材料可以包含无机粒子，例如纳米管或导电硅丝。下子层和上子层可以是n型或p型并且可具有相同类型的掺杂。
在文献US 5,629,530中，公开了具有源区、漏区和插入的n型沟道区的场效应晶体管。沟道区设置有通过绝缘层与沟道区分隔开来的栅电极。
在文献US 2006/0033098 A1中描述了一种有机薄膜晶体管。该晶体管包括基底、栅电极、覆盖整个栅电极的栅极介电层、源电极、源电极、有源沟道层和源界面层。通过将制剂添加到有源沟道层中，降低源电极和有源沟道层之间的势垒。
文献EP 2 194 582 A1描述了一种有机薄膜晶体管，其具有基底、栅电极、源电极、漏电极、绝缘层、有机半导体层和设置在有机半导体层和绝缘层之间的沟道控制层。沟道控制层包含具有低于5.8eV的电离电位的非晶态有机化合物。
在文献US 2003/0092232 A1中，公开了另一种场效应晶体管。
发明内容
本发明的目的是提供具有优化工作参数的有机场效应晶体管及制造该晶体管的方法。特别地，本发明的目的是提供具有可调阈值电压的有机场效应晶体管。通过根据权利要求1所述的有机场效应晶体管和根据权利要求16所述的制造有机场效应晶体管的方法，而实现该目的。本发明的有利实施方式是从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，提供一种有机场效应晶体管。该晶体管包括：第一电极和第二电极，所述电极提供源电极和漏电极，与第一和第二电极电接触的本征有机半导体层，栅电极，在栅电极和本征有机半导体层之间设置的栅极绝缘层，和包含有机基质材料和有机掺杂剂的掺杂有机半导体层。在栅极绝缘层和本征有机半导体层之间设置掺杂有机半导体层。在掺杂有机半导体层中形成第一和第二电极之间的电荷载子沟道。
根据本发明的另一方面，提供制造有机场效应晶体管的方法，其中，该方法包括下述步骤：提供基底，用电极材料涂覆基底以形成栅电极，沉积绝缘材料以形成绝缘层，共蒸发有机基质材料和有机掺杂剂材料以形成掺杂有机半导体层，沉积有机材料以形成本征有机半导体材料，沉积另外的电极材料以形成与本征有机半导体层电接触的第一电极和第二电极。
通过本发明，可以调节晶体管的阈值电压。两个参数确定阈值电压：掺杂有机半导体层的厚度和掺杂有机半导体层中的有机掺杂剂的浓度。通过在制造晶体管期间选择这些参数中的一者或二者的特定值，可在宽范围中调节阈值电压。所述层的厚度和掺杂浓度之间存在相互作用。高掺杂浓度导致沟道中的大量电荷载子。在这种情况下，优选所述掺杂有机半导体层是薄的，以能够实现晶体管的关闭状态。
掺杂有机半导体层的厚度和掺杂有机半导体层中的有机掺杂剂的浓度优选被配置成能够在栅极界面处实现电荷载子的导电沟道。掺杂有机半导体层被配置成能够实现可变阈值电压V阈。可以通过掺杂浓度自由地设定晶体管的阈值电压。掺杂有机半导体层的厚度应当优选足够厚以形成渗透层(percolated layer)，更优选封闭层。渗透层是包含层材料的岛状区(island)的层，其中岛状区的密度足够高以能够实现层内的电气通路(electrical pathway)。例如，在掺杂有机半导体层中，由有机基质材料和有机掺杂剂制成的岛状区的密度必须足够高以能够在第一和第二电极之间实现导电通路，从而形成渗透层。封闭层是层材料中没有中断的层。封闭层没有无层材料的区域。
掺杂有机半导体层的厚度和掺杂有机半导体层中的掺杂剂的浓度还可被配置成能够实现高IDS(漏和源电极之间的电流)和标准电压操作条件下至少四个数量级的开/关比率(ON/OFF ratio)。优选地，所述开/关比率高于五个数量级。
优选地，在掺杂有机半导体层的基质材料中空间地(spatially)分布有机掺杂剂，而不是累积在层的界面处。更优选地，掺杂剂的分布沿层的维度是均匀的。相比之下，在现有技术中，仅已知将单层掺杂剂材料施加在掺杂有机半导体层和栅极绝缘层之间的界面处。这导致阈值电压的恒定变化，例如5V的变化。因为在单层中，掺杂剂材料的浓度是固定的，因此不可能实现阈值电压的其它变化值或更精细的调节。
通常相对于基质和掺杂剂材料的能级，选择基质材料(主体)/掺杂剂体系。对于主体和掺杂剂的优选组合，掺杂所需的活化能低于50meV。这种活化能可由温度依赖性电容-电压测量来确定。优选低活化能，因为这保证了反型FET的与温度无关的阈值电压。
有机掺杂剂是由有机材料制成的掺杂剂。优选是电掺杂剂。在基质材料中提供有机电掺杂剂导致掺杂剂和基质材料之间的电荷转移。电掺杂剂分为p-掺杂剂(氧化反应)和n-掺杂剂(还原反应)。电子掺杂在本领域是公知的，示例性参考文献是Gao等,Appl.Phys.Lett.(应用物理快报)第79卷,第4040页(2001)，Blochwitz等,Appl.Phys.Lett.(应用物理快报)第73卷,第729页(1998)，D’Andrade等,App.Phys.Let.(应用物理快报)第83卷,第3858页(2003),Walzer等,Chem.Rev.(化学综述)第107卷,第1233页(2007),US 2005040390A1,US2009179189A。优选的p-掺杂化合物是包含氰基基团的有机分子。
示例性p-掺杂剂是：
‐四氟-四氰基醌二甲烷(F4TCNQ)，
‐2,2'-(全氟萘-2,6-二亚基)二丙二腈，
‐2,2',2″-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(对氰基四氟苯基)乙腈)，和
‐2,2',2″-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(2,6-二氯-3,5-二氟-4-(三氟甲基)苯基)乙腈)，
‐2,2',2″-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(全氟苯基)乙腈)，
‐2,2',2″-(环丙烷-1,2,3-三亚基)三(2-(2,6-二氯-3,5-二氟-4-(三氟甲基)苯基)-乙腈)，和
‐3,6-二氟-2,5,7,7,8,8-六氰基醌二甲烷(F2CN2TCNQ或F2-HCNQ)。
示例性n-掺杂剂是：
‐吖啶橙碱(AOB)，
‐四(1,3,4,6,7,8-六氢-2H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶)二钨(II)(W2(hpp)4)，
‐3,6-双-(二甲基氨基)-吖啶，和
‐二(乙烯-二硫)四硫富瓦烯(BEDT-TTF)。
优选的主体-掺杂剂组合是(表1)：
所述本征有机半导体层优选不含掺杂剂材料。更优选地，所述本征有机半导体层由单一有机材料制成。即使没有掺杂剂存在，这种材料也可被称为基质材料。
所述本征有机半导体层和/或所述掺杂有机半导体层可包含具有下述结构之一的基质材料：结晶结构、多晶结构、非晶结构及其组合。
优选地，所述掺杂有机半导体层与所述栅极绝缘层直接接触。可选地，钝化层可被设置在栅极绝缘层和掺杂有机半导体层之间。因此，可避免栅极绝缘层的表面处的电子俘获。
通过原子层沉积，可沉积栅极绝缘层的材料(其可以是氧化物)。通过真空热蒸发(VTE)，可沉积栅电极以及第一和第二电极的电极材料。可选地，可在施加导电浆料的同时，喷墨印刷电极材料。优选地，可通过荫罩(shadow mask)构造OFET的层，即，栅电极和/或第一电极和/或第二电极和/或本征有机半导体层和/或掺杂有机半导体层和/或绝缘层。可选地或另外地，可通过光刻技术构造OFET的层。可优选在超高真空(UHV)条件下通过热蒸发来沉积用于本征有机半导体层的有机材料。在一种优选实施方式中，使用同一荫罩，在沉积第一和第二电极的其它电极材料之前，沉积本征有机半导体层的有机材料。因此，确保了在第一和第二电极处的电荷载子的有效注入。可选地，可通过基于溶液的方法，例如刮涂、旋涂和喷涂，制造有机场效应晶体管。优选地，通过卷对卷涂覆(roll-to-roll coating)制造晶体管。
在一种优选实施方式中，所述本征有机半导体层和所述掺杂有机半导体层包含相同的有机基质材料。可选地，所述本征有机半导体层和所述掺杂有机半导体层可包含不同的基质材料。
在本发明的另一优选实施方式中，以与第一和第二电极的至少一个电接触的方式设置包含空穴传输材料和电子传输材料的混合层。可分别通过空穴和电子传输材料例如并五苯和C60的共蒸发层，实现该混合层。
在一个优选实施方式中，所述掺杂有机半导体层的厚度在1nm和20nm之间。优选地，所述掺杂有机半导体层的厚度在2nm和10nm之间。优选地，所述本征有机半导体层具有至少1nm、更优选至少2nm的厚度。所述本征有机半导体层优选至少具有形成渗透层、更优选封闭层的厚度。
根据另一优选实施方式，所述本征有机半导体层和所述掺杂有机半导体层彼此直接接触。
根据一种优选实施方式，选自以下电极的至少一个电极由金属材料制成：第一电极、第二电极和栅电极。所述栅电极可由大部分金属制成，所述金属例如是Al、Au、Ag、Ti、Pt。如果所述第一和/或第二电极将要注入电子，则它/它们可以由具有低逸出功的金属例如Ti或Al形成。如果所述第一和/或第二电极将要注入空穴，则它/它们可以由具有高逸出功的金属例如Au、Ag、ITO形成。
在又一实施方式中，所述掺杂有机半导体层具有最高达4wt％的掺杂剂浓度。优选地，该掺杂剂浓度在0.5wt％和4wt％之间。更优选地，该掺杂剂浓度在0.5wt％和2wt％之间。必须依据目标阈值电压，选择掺杂层的掺杂浓度。例如，0.5wt％的n-掺杂浓度导致10V的阈值电压，和1wt％的掺杂浓度导致20V的阈值电压(见图5c和等式1)。为降低晶体管中的寄生漏电流(parasitic leakage current)，所述掺杂有机半导体层必须尽可能薄。另一方面，其必须足够厚以形成渗透层、更优选封闭层，和控制掺杂有机半导体层中的费米能级。
在一种优选实施方式中，以与第一和第二电极的至少一个相邻的方式设置注入层。注入层改进电荷载子从第一和/或第二电极分别注入电荷载子沟道中。可以以与每个电极相邻的方式设置注入层。所述一个或多个注入层可与所述本征有机半导体层直接接触。可选地或另外地，可以通过将一个或多个注入层或第一和第二电极蒸发到粗糙的多晶材料例如并五苯上，来形成混合层。所述一个或多个注入层或第一和/或第二电极将填充半导体的微晶和混合层之间的沟槽(groove)。
在另一优选实施方式中，所述注入层包含掺杂剂材料。优选地，所述掺杂剂材料是电掺杂剂。优选地，所述掺杂剂材料是有机掺杂剂。所述注入层可包含基质材料和掺杂剂材料。优选地，所述注入层由可被设置为与第一和/或第二电极相邻的单层掺杂剂材料的纯掺杂剂材料制成。可选地，所述注入层可包括由掺杂有掺杂剂材料的基质材料形成的区域和由纯掺杂剂材料形成的另外的区域。优选地，所述一个或多个注入层的基质材料和所述本征有机半导体层的基质材料是相同的。
在又一优选实施方式中，所述注入层的掺杂剂材料是与掺杂有机半导体层的掺杂剂相反的类型。通过该实施方式，实现反型OFET。对于注入层中的p-掺杂剂材料，所述掺杂有机半导体层必须是n-掺杂，和对于注入层中的n-掺杂剂材料，所述掺杂有机半导体层必须是p-掺杂。因此，提供了增加阈值电压变化的解决方案。通过下述公式，给出用于反型FET的阈值电压V阈的变化(shift)：
γ = 1 C ′ ox 2 e N D ϵ 0 ϵ r (等式1)
其中，ΦF是本征费米能级位置和掺杂有机层的费米能级位置之间的能隙，VSB是源和本体(buck)之间的电压，C’ox是栅电容(每单位面积)，ND是掺杂浓度，εr是有机层的电容率，ε0是真空电容率，和e是元电荷。电容率与有机半导体的极化率有关。用于有机材料的εr的典型值在2.5和7之间改变。很显然，掺杂对反型OFET的阈值电压变化的影响远大于对耗尽(depletion)型OFET的。
所述第一和第二电极可将电子或空穴注入所述本征半导体层。
与现有技术相比，反型有机场效应晶体管具有下述优点：
‐通过掺杂有机半导体层中的掺杂浓度，精确地调节阈值电压。
‐与掺杂沟道无关，晶体管显示出大的开/关比率。
‐通过掺杂浓度，可在线性区域中在给定栅电压下调节电流。
‐能通过基于标准真空或溶液的沉积工艺，处理晶体管结构。
‐可通过荫罩、光刻、喷墨印刷、激光构造或其它构造方法，在横向尺寸中扩展晶体管结构。
在一种优选实施方式中，所述第一和第二电极的至少一个和所述注入层被配置成将少数(minority)电荷载子注入电荷载子沟道中。相对于掺杂有机半导体层的掺杂类型，限定电荷载子的类型。如果掺杂有机半导体层掺杂有n-掺杂剂，则多数(majority)电荷载子是电子，和少数电荷载子是空穴。如果掺杂有机半导体层是p-掺杂，则多数电荷载子是空穴和少数电荷载子是电子。
根据一种优选实施方式，所述掺杂有机半导体层被配置成形成少数电荷载子沟道，通过该电荷载子沟道，少数电荷载子可在第一电极和第二电极之间移动。所述少数电荷载子可从第一电极移动到第二电极，反之亦然。
根据另一优选实施方式，所述注入层的掺杂剂材料与所述掺杂有机半导体层的掺杂剂是相同类型。通过该实施方式，实现耗尽OFET。对于注入层中的n-掺杂剂材料，所述掺杂有机半导体层必须是n-掺杂，而对于注入层中的p-掺杂剂材料，所述掺杂有机半导体层必须是p-掺杂。尽管对于耗尽晶体管未充分地限定阈值电压，但可接近平带电压VFB。根据标准的半导体理论，通过下述公式(对p型晶体管，忽略界面和氧化物陷阱)，给出平带电压VFB的变化：
eVFB＝EHOMO-η-Wf(等式2)
其中，EHOMO是有机半导体的HOMO(最高占据分子轨道)位置，Wf是栅极金属的逸出功，和η是HOMO和费米能级之间的能隙。通过掺杂，能控制费米能级的位置(即，η)。由此，根据等式2，由于掺杂，通过η的变化，能够控制平带电压。
在一个优选实施方式中，所述第一和第二电极的至少一个和所述注入层被配置成将多数电荷载子注入到电荷载子沟道中。再次，相对于掺杂有机半导体层的掺杂类型，限定电荷载子的类型。
在又一实施方式中，所述掺杂有机半导体层被配置成形成多数电荷载子沟道，通过该电荷载子沟道，多数电荷载子可在第一电极和第二电极之间移动。所述多数电荷载子可从第一电极移动到第二电极，反之亦然。
根据另一实施方式，相对于栅电极布置第一和第二电极，以使得第一和第二电极的每个在栅电极上的投影覆盖分别与第一和第二电极的宽度一样大的区域。
附图说明
在下文中，将参考不同的实施方式，通过实施例更详细地描述本发明。在附图中示出：
图1是OFET的示意图，
图2是具有顶接触底栅结构(top contact bottom gate structure)的OFET的示意图，
图3是具有底接触(bottom contact)的OFET的示意图，
图4是具有顶栅结构(top gate structure)的OFET的示意图，
图5是反型OFET的特性，
图6是耗尽OFET的特性，
图7是对于反型OFET和耗尽OFET由于掺杂所致阈值变化的比较，和
图8是用于实际参数的等式1的曲线图。
具体实施方式
图1示出OFET的示意图。所述晶体管包括第一电极(1)、第二电极(2)、第一注入层(1a)、第二注入层(2a)、本征有机半导体层(3)、掺杂有机半导体层(4)、栅极绝缘层(5)和栅电极(6)。第一和第二注入层(1a，2a)是n-掺杂或p-掺杂的。如果注入层是n-掺杂的，则掺杂有机半导体层(4)是p-掺杂的，或如果注入层是p-掺杂，则掺杂有机半导体层(4)为n掺杂的，以实现反型OFET。
如果要提供耗尽OFET，那么如果注入层是p-掺杂的，则掺杂有机半导体层(4)为p-掺杂的，或如果注入层是n-掺杂的，则掺杂有机半导体层(4)为n-掺杂的。在栅极绝缘层(5)和掺杂有机半导体层(4)之间，形成耗尽区(depletion region)。
在图2中，通过顶接触底栅结构，实现OFET。该晶体管包括源电极(1)、漏电极(2)、本征(未掺杂的)有机半导体(3)、掺杂有机半导体(4)、栅极绝缘层(5)和栅电极(6)(见图2a)。源和漏电极(1，2)可将电子或空穴注入半导体中。掺杂层的厚度必须小(2-10nm)。本征半导体层的厚度可在20nm和100nm之间改变。本征有机半导体(3)的电荷载子迁移率必须大。可行的材料是并五苯、C60、二萘并[2,3-b:2,3-f]噻吩并[3,2-b]-噻吩(DNTT)或酞菁铜(CuPc)。栅极绝缘层(5)可以由SiO2、Al2O3、HfO2、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其它常用栅极电介质形成。
为实现电子或空穴注入接触，在源和漏电极(1，2)和本征有机半导体(3)之间引入另外的层(1a和2a)(图2b)。可通过掺杂注入层实现所述另外的层(1a，2a)，以形成在源和漏电极(1，2)的界面处的欧姆接触。可通过用于n-注入接触的Cs、Cr2(hpp)4或W2(hpp)4，以及用于p-注入接触的F4TCNQ、MoO3、WoO3或F6-TCNNQ，实现掺杂层(1a，2a)。如果掺杂沟道是n-掺杂的，则注入层必须是p-掺杂的，或如果掺杂沟道是p掺杂的，则注入层必须是n-掺杂的，以实现反型OFET。如果掺杂沟道是p-掺杂的，则注入层必须是p-掺杂的，或如果掺杂沟道是n-掺杂的，则注入层必须是n-掺杂的，以实现耗尽OFET。掺杂注入层的厚度的范围可为2-50nm。下述材料适合作为注入层的基质材料：MeO-TPD、并五苯和C60。所述材料可掺杂有在表1中列出的任何掺杂剂。
为进一步增强电子或空穴至掺杂层(4)中的注入，可在源电极(1)或注入层(1a)和掺杂层(4)之间，或在漏电极(2)或注入层(2a)与掺杂层(4)之间，包括混合层(1b、2b)(图2c和2d)。
还可通过如图3所示的源/漏底接触实现所述晶体管。该晶体管包括源和漏电极(1)和(2)、本征有机半导体(3)、掺杂有机半导体层(4)、栅极绝缘层(5)和栅电极(6)。可使用与用于图2所示顶接触结构的相同的材料。同样地，源和漏接触(1，2)可以是空穴或电子注入的。这可通过使用具有适配逸出功的接触(图3a)或通过使用掺杂注入层(1a，2a)(图3b)而实现。对反型OFET，对n型注入接触，掺杂层(4)必须是p型，而对p型注入接触，掺杂层(4)则必须是n型。对耗尽OFET，对p型注入接触，掺杂层(4)必须是p型，而对n型注入接触，掺杂层(4)必须是n型。
类似地，还可以以如图4所示的顶栅结构实现所述晶体管。与底栅结构相比，将掺杂有机半导体层(4)沉积在本征有机半导体层(3)之上。在其它方面，该结构与底栅结构相同，并且可使用相同的材料。此外，可使用掺杂注入层(1a和2a)来增强电极处的电荷载子注入(图4b)。
如下文所示，与耗尽型OFET相比，对反型OFET来说，晶体管的阈值电压的变化更强。
根据图2b)，实现一种反型OFET。玻璃基底涂有由60nm铝组成的栅电极(6)。通过形成栅极绝缘层(5)的原子层沉积，由沉积的120nm的Al2O3覆盖栅电极(6)。在绝缘层(5)之上，通过在UHV条件下(低于10-7毫巴的压力)的热蒸发，沉积掺杂有n型掺杂剂W2(hpp)4(0、0.5、1wt％)的形成掺杂有机半导体层(4)的6nm并五苯，和形成本征有机半导体层(3)的40nm并五苯。源(1)和漏(2)电极由50nm铝组成。为确保p型注入半导体(3，4)中，在本征层(3)和金属注入层(1a和2a)之间，包括掺杂有p型掺杂剂F6-TCNNQ(4wt％)的50nm并五苯。通过荫罩，构造除Al2O3层外的所有层。沟道长度和宽度分别为300μm和20mm。
在图5(上图)中，示出了根据图2b的晶体管产生的输出特性。在未对栅极(6)施加电压的情况下，晶体管为关闭的，因此必须施加负电压来接通晶体管。与图5(下图)的p型掺杂相比，示出了阈值电压随掺杂有机半导体层(4)n-掺杂浓度的变化。可看出，在掺杂有机半导体层(4)中仅0.5wt％和1wt％的非常低的掺杂浓度的情况下，阈值电压的调节可大于20V。
图6示出用于耗尽型OFET的特性。示出了阈值电压随掺杂有机半导体层(4)p-掺杂浓度的变化(图6的下图)。
图7示出了对于反型OFET和耗尽OFET由掺杂所致阈值电压变化的比较。对反型OFET来说，变化更强。
图8示出了用于实际参数的等式1的曲线图。图8示出了用于反型OFET的阈值电压的预测变化。阈值电压随费米能级ΦF位置的变化大于20V。通过晶体管的沟道中的掺杂浓度，可控制费米能级的位置。所述参数是：ND＝1019cm-3，HOMO＝5.2eV，LUMO＝3.2eV，εr,ox＝9，εr,org＝3，dox＝120nm，Wf＝4.2eV。
在下文中，实现耗尽型OFET。玻璃基底涂有由60nm铝组成的栅电极(6)。通过形成栅极绝缘层(5)的原子层沉积，由沉积的120nmAl2O3覆盖栅电极(6)。在绝缘层(5)至之上，通过UHV条件下(压力低于10-7毫巴)的热蒸发，沉积掺杂有p型掺杂剂F6-TCNNQ(0、0.5、1wt％)的形成掺杂有机半导体层(4)的6nm并五苯，和形成本征有机半导体层(3)的40nm并五苯。源(1)和漏(2)电极由50nm铝组成。通过荫罩，构造除Al2O3层外的所有层。沟道长度和宽度分别为300μm和20mm。

Claims (16)

1.一种有机场效应晶体管，其包括：
‐第一电极(1)和第二电极(2)，所述电极提供源电极和漏电极，
‐与所述第一和第二电极(1，2)电接触的本征有机半导体层(3)，
‐栅电极(6)，
‐在所述栅电极(6)和所述本征有机半导体层(3)之间设置的栅极绝缘层(5)，和
‐包含有机基质材料和有机掺杂剂的掺杂有机半导体层(4)，其中在所述栅极绝缘层(5)和所述本征有机半导体层(3)之间设置所述掺杂有机半导体层(4)，
其中，在所述掺杂有机半导体层(4)中形成所述第一和第二电极(1，2)之间的电荷载子沟道。
2.根据权利要求1所述的晶体管，其中，所述本征有机半导体层(3)和所述掺杂有机半导体层(4)包含相同的有机基质材料。
3.根据权利要求1或2所述的晶体管，其中，以与所述第一和第二电极(1，2)的至少一个电接触的方式设置包含空穴传输材料和电子传输材料的混合层。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的晶体管，其中，所述掺杂有机半导体层(4)的厚度在1nm和20nm之间。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的晶体管，其中，所述本征有机半导体层(3)和所述掺杂有机半导体层(4)彼此直接接触。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的晶体管，其中，选自以下电极的至少一个电极由金属材料制成：所述第一电极(1)、所述第二电极(2)和所述栅电极(6)。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的晶体管，其中，所述掺杂有机半导体层(4)具有最高达4wt％的掺杂剂浓度。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的晶体管，其中，以与所述第一和第二电极(1，2)的至少一个相邻的方式设置注入层(1a，2a)。
9.根据权利要求8所述的晶体管，其中，所述注入层(1a，2a)包含掺杂剂材料。
10.根据权利要求9所述的晶体管，其中，所述注入层(1a，2a)的掺杂剂材料与所述掺杂有机半导体层(4)的掺杂剂是相反类型。
11.根据权利要求8至10中的至少一项所述的晶体管，其中，所述第一和第二电极(1，2)的至少一个和所述注入层(1a，2a)被配置成将少数电荷载子注入到所述电荷载子沟道中。
12.根据权利要求11所述的晶体管，其中，所述掺杂有机半导体层(4)被配置成形成少数电荷载子沟道，通过所述电荷载子沟道，少数电荷载子可在所述第一电极和所述第二电极(1，2)之间移动。
13.根据权利要求9所述的晶体管，其中，所述注入层(1a，2a)的掺杂剂材料与所述掺杂有机半导体层(4)的掺杂剂是相同类型。
14.根据权利要求8或9以及13所述的晶体管，其中，所述第一和第二电极(1，2)的至少一个和所述注入层(1a，2a)被配置成将多数电荷载子注入到所述电荷载子沟道中。
15.根据权利要求14所述的晶体管，其中，所述掺杂有机半导体层(4)被配置成形成多数电荷载子沟道，通过所述电荷载子沟道，所述多数电荷载子可在所述第一电极和所述第二电极(1，2)之间移动。
16.一种制造有机场效应晶体管的方法，其中，所述方法包括下述步骤：
‐提供基底，
‐用电极材料涂覆所述基底以形成栅电极，
‐沉积绝缘材料以形成绝缘层，
‐共蒸发有机基质材料和有机掺杂剂材料以形成掺杂有机半导体层，
‐沉积有机材料以形成本征有机半导体材料，
‐沉积另外的电极材料以形成与所述本征有机半导体层电接触的第一电极和第二电极。
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