CN114300616B - 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 - Google Patents
一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114300616B CN114300616B CN202210004021.5A CN202210004021A CN114300616B CN 114300616 B CN114300616 B CN 114300616B CN 202210004021 A CN202210004021 A CN 202210004021A CN 114300616 B CN114300616 B CN 114300616B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- organic semiconductor
- copolymer
- power device
- integrated power
- organic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 19
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 10
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 abstract description 15
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 abstract description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 abstract 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 46
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000000752 ionisation method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical group [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000009033 nas Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 239000012994 photoredox catalyst Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 229920001909 styrene-acrylic polymer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/40—Organic transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
- H10K10/80—Constructional details
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，通过借助栅极和漏极之间引入一个二维载流子减速区结构，降低双极导通中载流子在减速区中的速度，从而降低载流子在有机分子之间跃迁的几率，抑制共聚物有机半导体中的载流子倍增效应，显著增加了共聚物有机半导体器件的耐压性能，提高了击穿电压。在实际制造过程中，仅源漏电极和栅极需要热蒸发沉积或磁控溅射，共聚物有机半导体层和有机栅介质层均可通过旋涂方式制备，简化了工艺流程，制备简单，成本低廉。作为半导体层的共聚物有机半导体材料与作为栅介质层的有机介质材料在高温下分解为水和二氧化碳，栅介质层材料与共聚物半导体材料无毒无害，绿色环保，不造成环境二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体的是一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件。
背景技术
随着近年来对功率模块集成的不懈追求，功率集成电路（ Power IntegratedCircuit, PIC）也获得了长足的发展发展。功率集成电路逐渐发展到片上功率系统（ PowerSystem On a Chip, PSOC），作为 PIC 和 PSOC 标志性的特征，功率器件的性能对整个系统的频率特性、阻抗和功耗等有决定性的作用。然而传统基于无机半导体材料的集成功率器件存在着成本高、污染环境、批量加工成本高等问题。因此制备低成本、低污染、工艺简便、易大规模制造的有机功率器件将推动功率集成电路与功率模块的发展。
当前，基于传统无机半导体材料制造的集成功率器件在成本、性能、环境压力和工艺复杂度之间难以实现好的折衷关系。与此同时，由于工作机理、材料特性与载流子输运机制限制与不同，传统基于无机半导体材料和器件的耐压技术和结构无法直接移植到有机功率器件当中。具体来说，主要在于（1）载流子输运机制不同和（2）碰撞电离与耐压机制不同。（1）由于传统无机半导体材料中的载流子输运主要基于载流子的共有化运动，意味着无机材料依赖于其晶格的有序性和周期性可以使得载流子在整个半导体中传输。相对的，共聚物有机半导体材料由于其无序性，载流子的传输存在两个基本过程：分子内共有化运动和分子间跃迁运动。对于高分子内的共有化运动，其机制与无机材料共有化运动类似。但分子间的跃迁则受到载流子浓度和速度影响，为保证器件具有好的导通特性需要保持较高的载流子，只能通过降低速度来实现。（2）共聚物有机半导体材料与传统无机半导体材料碰撞电离过程不同，传统无机半导体碰撞电离是由电场中加速的载流子与晶格发生碰撞产生电子-空穴对并进一步加速。而共聚物半导体中不存在无机半导体类似的晶格结构，因而碰撞电离过程更为复杂。同时传统无机半导体功率器件主要通过PN结及低掺杂漂移区的耗尽实现耐压，而共聚物有机物半导体器件尚无稳定掺杂，因而无法依靠杂质梯度形成PN结。因而传统无机半导体器件中的耐压结构与技术并不能直接移植至共聚物有机半导体器件。当前共聚物有机半导体器件仍沿用传统场效应晶体管结构，即依靠沟道区域承担半导体耐压，因而耐压性能远不能满足应用需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，它可极大的提高器件耐压性能，超越现有无机材料理论极限，使得器件在大电压下稳定工作。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，包括栅极金属电极（1），栅介质层（2），有机物半导体层（4），源极金属电极（3）、漏极金属电极（6）和衬底（5）；
其中，所述的栅介质层（2）的材料为常温下具有化学稳定性的有机绝缘材料，所述的有机物半导体层（4）材料为常温下具有化学稳定性的有机半导体共聚物材料。
本发明的改进之处在于，所述有机物半导体层（4）中部分区域构成半导体二维载流子减速区（7），具体的，所述半导体二维载流子减速区（7）是指有机物半导体层（4）中处于栅极金属电极（1）和漏极金属电极（6）两者之间的一定区域，因此，半导体二维载流子减速区（7）的厚度和长度均由其所处的有机物半导体层（4）本身的厚度和长度决定，宽度由栅极金属电极（1）和漏极金属电极（6）两者之间的间距决定。
需要说明的是，所述PMMA为聚甲基丙烯酸甲酯，所述PS为聚苯乙烯，所述PC为聚碳酸酯，所述NAS为苯乙烯丙烯酸共聚物；
需要说明的是，所述P3HT为聚（3-己基噻吩），所述DPPT-TT为聚并二噻吩-吡咯并吡咯二酮；所述N2200为聚萘-联噻吩；
优选的，所述的栅介质层（2）的材料为有机绝缘材料PMMA、PS、PC、NAS中的任意一种；
优选的，所述的有机物半导体层（4）材料为P3HT、DPPT-TT、N2200、并五苯中的任意一种；
进一步的，所述栅极金属电极（1）、源极金属电极（3）和漏极金属电极（6）采用金、铜、铝、镍、钛金属材料中的任意一种制备；
进一步的，所述栅介质层（2）和有机物半导体层（4）采用旋涂法或打印法制备。
进一步的，所述衬底（5）采用玻璃、柔性塑料、PET柔性衬底、聚酰亚胺薄膜、体硅、SOI、碳化硅、氮化镓、砷化镓、磷化铟或锗硅材料中的任意一种。
进一步的，所述基于共聚物有机半导体材料的功率器件从功能分类角度来看包括：横向场效应晶体管、横向PIN二极管、横向肖特基二极管。
所述基于共聚物有机半导体材料的功率器件从器件各功能层分布结构来说，包括但不仅限于以下器件类型：
如图1所示，是本发明提供的具有顶栅底接触的有机功率器件三维结构图。从图中可以看出，它是在衬底（5）上沉积源极（3）和漏极（6），在源极（3）和漏极（6）上旋涂制备半导体层（4），在半导体层（4）上旋涂制备栅介质层（2），在栅介质层（2）上沉积栅极（1）。
如图2所示，在基本结构不变的情况下，进行变通设计，为顶栅顶接触有机功率器件三维结构图。从图中可以看出，它先在衬底（5）上旋涂制备半导体层（4），再在半导体层（4）上沉积源极（3）和漏极（6），在源极（3）和漏极（6）上旋涂制备栅介质层（2），在栅介质层（2）上沉积栅极（1）。
如图3所示，在基本结构不变的情况下，进行变通设计，为底栅底接触有机功率器件三维结构图。从图中可以看出，它先在衬底（5）上沉积栅极（1），在栅极（1）上旋涂制备栅介质层（2），在栅介质层（2）上沉积源极（3）和漏极（6），在源极（3）和漏极（6）上旋涂制备半导体层（4）。
如图4所示，在基本结构不变的情况下，进行变通设计，为底栅顶接触有机功率器件三维结构图。从图中可以看出，它先在衬底（5）上沉积栅极（1），在栅极（1）上旋涂制备栅介质层（2），在栅介质层（2）上旋涂制备半导体层（4），在半导体层（4）上沉积源极（3）和漏极（6）。
本发明的主要优点在于：
1、本发明提供的二维载流子减速区可以显著提高器件耐压能力，二维载流子减速区通过借助共聚物有机物体内与表面自组装程度不同的特性，从而近衬底表面和远离衬底表面处的共聚物半导体在导电和耐压性能上表现出了不同性质，从而引入了二维耐压效应，通过二维电荷共享效应降低了近表面处高分子间的载流子跃迁概率，使得碰撞电离率下降，降低关断情况下的反向漏电流，提高了击穿电压和FOM值。
2、二维载流子减速区结构有效抑制了共聚物有机半导体在正向导通时的双极性导通效应，避免了传统有机物场效应晶体管中因双极性导通而导致的反向关断时的明显漏电。
3、采用热蒸发沉积法或磁控溅射法制备金属电极，采用旋涂法制备栅介质层和半导体层。相比于传统有机物场效应晶体管，不需要额外的掩模版，无须高温工艺技术，简化了工艺流程，制备简单，材料成本与工艺制造成本低廉。
4、半导体层和栅介质材料为有机物，在高温下分解为水和二氧化碳，绿色环保，不会造成二次污染。
附图说明
图1是本发明提供的具有顶栅底接触的有机功率器件三维结构图，
图1中：1-栅极金属、2-栅介质层、3-源极金属、4-半导体层、5-衬底、6-漏极金属、7-半导体二维载流子减速区；
图2是本发明提供的具有顶栅顶接触的有机功率器件三维结构图；
图2中：1-栅极金属、2-栅介质层、3-源极金属、4-半导体层、5-衬底、6-漏极金属、7-半导体二维载流子减速区；
图3是本发明提供的具有底栅顶接触的有机功率器件三维结构图，
图3中：1-栅极金属、2-栅介质层、3-源极金属、4-半导体层、5-衬底、6-漏极金属、7-半导体二维载流子减速区；
图4是本发明提供的具有底栅底接触的有机功率器件三维结构图，
图4中：1-栅极金属、2-栅介质层、3-源极金属、4-半导体层、5-衬底、6-漏极金属、7-半导体二维载流子减速区；
图5是本发明实施例1-4和对比例中制备器件的击穿特性曲线图；
图6是本发明实施例1-4和对比例中制备器件的的转移特性曲线图；
图7是本发明实施例1中PMMA与DPPT-TT层后界面SEM图片。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但本发明不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
实施例1：
如图1所示，是本发明提供的具有顶栅底接触的有机功率器件三维结构图。从图中可以看出，它是在衬底5上沉积源极3和漏极6，源漏所使用的材料为镍铝合金，衬底材料选用的为美国康宁公司所生产的玻璃衬底。在源极3和漏极6上旋涂制备半导体层4，在半导体层4上旋涂制备栅介质层2，在栅介质层2上沉积栅极1，通过光刻套刻实现对栅极1和漏极6之间间距的精确控制，形成宽度为7.6微米即Ld=7.6 μm的二维载流子减速区；
具体的，本实施例1中具有顶栅底接触的有机功率器件的制备过程如下：
原材料为Sigma Aldrich 公司的乙酸丁酯溶剂(NBA)和1-2二氯苯溶剂(DCB)，南京知研科技有限公司的DPPT-TT，上海瀚思化工有限公司的超细PMMA粉；PMMA溶液浓度为80mg/ml，溶剂为NBA。DPPT-TT溶液的浓度为5mg/ml，溶剂为DCB。
DPPT-TT溶液旋涂的转速配置为：先每分钟500转10秒，再每分钟1500转60秒。退火温度先80℃，5分钟，再150℃，1小时；
PMMA溶液旋涂转速配置为：先每分钟500转3秒，再每分钟1500转60秒。退火温度为80℃，2小时。
DPPT-TT厚度为50nm，PMMA厚度800nm。
图7是按照实施例1制备的器件所形成PMMA与DPPT-TT层后界面SEM图片，如图7所示，此截面较好的表面形貌，同时表面处和体内处的共聚物有机半导体材料具有各向异性。
实施例2：
除二维载流子减速区的长度不同以外，其他结构与实施例1完全相同，实施例2中二维载流子减速区为宽度10.4微米即Ld=10.4 μm的二维载流子减速区；且除光刻套刻步骤所用版图结构不同以外，其他制作步骤均于实施例1相同。
实施例3：
除二维载流子减速区的长度不同以外，其他结构与实施例1完全相同，实施例2中二维载流子减速区为宽度11.2微米即Ld=11.2μm的二维载流子减速区；且除光刻套刻步骤所用版图结构不同以外，其他制作步骤均于实施例1相同。
实施例4：
除二维载流子减速区的长度不同以外，其他结构与实施例1完全相同，实施例2中二维载流子减速区为宽度20.2微米即Ld=20.2μm的二维载流子减速区；且除光刻套刻步骤所用版图结构不同以外，其他制作步骤均于实施例1相同。
对比例1：
除不具有二维载流子减速区即Ld=0 μm以外，其他结构与实施例1完全相同；且除光刻套刻步骤所用版图结构不同以外，其他制作步骤均于实施例1相同.
测试例1：
图5是实施例1-4和对比例中1制备的顶栅底接触的有机功率器件的击穿特性曲线图；从图5中可以看出，随着二维载流子减速区长度的增加，器件的耐压有明显提升。
本测试系载片测试，所用半导体测试分析仪为keysight B1505A，探针台为台湾奕叶CG-196高低温探针台。测试在室温下进行。测试软件为半导体测试分析仪自带软件。
测试例2：
图6是实施例1-4和对比例1中制备的顶栅底接触的有机功率器件的转移特性曲线图。从图6中可以看出，随着二维载流子减速区的出现，共聚物半导体材料的双极性导通得到抑制，从而反向栅压下漏电流得到显著抑制。本测试系载片测试，所用半导体测试分析仪为keysight B1505A，探针台为台湾奕叶CG-196高低温探针台。测试在室温下进行。测试软件为半导体测试分析仪自带软件。
本发明的工作原理：
以图1器件结构为例，对本发明工作机理进行分析。从图5中可以看出，比较了没有半导体二维载流子减速区、具有7.6微米二维载流子减速区、具有10.4微米二维载流子减速区、具有11.2微米二维载流子减速区、具有20.2微米二维载流子减速区五种器件的击穿电压，除二维载流子减速区长度外三种器件均具有相同的尺寸。没有半导体二维载流子减速区的器件击穿电压约为280V，具有7.6微米二维载流子减速区的器件击穿电压约为850V，具有10.4微米的器件击穿电压约为1250V，具有11.2微米二维载流子减速区的器件击穿电压约为1370V、具有20.2微米二维载流子减速区的器件击穿电压约为2280V。
当没有二维载流子减速区时，在大电压下有机半导体区会发生载流子倍增效应，从而产生大量的电子空穴对并受到外加电场的作用加速运动并进一步产生雪崩击穿,造成器件难以承受大电压。当增加了半导体二维载流子减速区时，栅极和漏极中引入了一个二维耐压结构，受到二维电荷共享效应的影响，漂移区中雪崩倍增效应被明显抑制，器件耐压性能提升，随着漂移区距离与厚度的增加，击穿电压也随之提高。
本发明通过在器件的半导体层中引入二维载流子减速区，增加栅极和漏极之间区域，从而对雪崩倍增效应进行抑制，大大增加了器件的耐压性能，提高了器件反向击穿电压。在器件制备过程中，仅源漏电极和栅极需要热蒸发沉积，半导体层和栅介质层均可通过旋涂方式制备，具有工艺简便，成本低廉等优点。
Claims (8)
1.一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，包括栅极金属电极（1），栅介质层（2），有机物半导体层（4），源极金属电极（3）、漏极金属电极（6）和衬底（5）；所述的栅介质层（2）的材料为常温下具有化学稳定性的有机绝缘材料；所述的有机物半导体层（4）材料为常温下具有化学稳定性的有机半导体共聚物材料；其特征在于，所述有机物半导体层（4）中部分区域构成半导体二维载流子减速区（7），所述半导体二维载流子减速区（7）是指有机物半导体层（4）中处于栅极金属电极（1）和漏极金属电极（6）两者之间的一定区域；所述的有机物半导体层（4）材料为共聚物DPPT-TT、N2200中的任意一种；所述半导体二维载流子减速区（7）宽度范围为7.6微米~20.2微米。
2.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述的栅介质层（2）的材料为有机绝缘材料PMMA、PS、PC、NAS中的任意一种。
3.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述栅极金属电极（1）、源极金属电极（3）和漏极金属电极（6）的材料为金、铜、铝、镍、钛金属材料中的任意一种。
4.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述衬底（5）采用玻璃、柔性塑料、体硅、SOI、碳化硅、氮化镓、砷化镓、磷化铟或锗硅材料中的任意一种。
5.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述集成功率器件的具体形式包括横向场效应晶体管、横向PIN二极管、横向肖特基二极管。
6.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述半导体二维载流子减速区（7）宽度为11.2微米。
7.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述半导体二维载流子减速区（7）宽度为10.4微米。
8.根据权利要求书1所述的一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件，其特征在于，所述集成功率器件为具有顶栅底接触的有机功率器件，栅介质层（2）位于栅极金属电极（1）的下方，有机物半导体层（4）位于栅介质层（2）的下方，源极金属电极（3）和漏极金属电极（6）位于有机物半导体层（4）中，最下方为衬底（5）。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210004021.5A CN114300616B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 |
| PCT/CN2022/143104 WO2023131037A1 (zh) | 2022-01-05 | 2022-12-29 | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210004021.5A CN114300616B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114300616A CN114300616A (zh) | 2022-04-08 |
| CN114300616B true CN114300616B (zh) | 2022-08-26 |
Family
ID=80976164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210004021.5A Active CN114300616B (zh) | 2022-01-05 | 2022-01-05 | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114300616B (zh) |
| WO (1) | WO2023131037A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114300616B (zh) * | 2022-01-05 | 2022-08-26 | 南京邮电大学 | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 |
| CN115172363B (zh) * | 2022-08-08 | 2023-08-08 | 南京邮电大学 | 共聚物有机场效应晶体管在多模态功率集成电路中的应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109900763A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-06-18 | 江苏友润微电子有限公司 | 基于有机晶体管的二氧化氮传感器芯片及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0423006D0 (en) * | 2004-10-15 | 2004-11-17 | Cambridge Display Tech Ltd | Organic transistor |
| CN103996791A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-20 | 江苏大学 | 一种柔性聚吡咯有机薄膜晶体管及其制备方法 |
| US10026911B2 (en) * | 2016-01-15 | 2018-07-17 | Corning Incorporated | Structure for transistor switching speed improvement utilizing polar elastomers |
| CN105679940A (zh) * | 2016-04-19 | 2016-06-15 | 中国科学院化学研究所 | 一种双极性聚合物场效应晶体管及其制备方法与应用 |
| CN113809234B (zh) * | 2021-09-18 | 2024-01-19 | 东北师范大学 | 一种柔性液相有机薄膜场效应晶体管及其制备方法 |
| CN114300616B (zh) * | 2022-01-05 | 2022-08-26 | 南京邮电大学 | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 |
-
2022
- 2022-01-05 CN CN202210004021.5A patent/CN114300616B/zh active Active
- 2022-12-29 WO PCT/CN2022/143104 patent/WO2023131037A1/zh unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109900763A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-06-18 | 江苏友润微电子有限公司 | 基于有机晶体管的二氧化氮传感器芯片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114300616A (zh) | 2022-04-08 |
| WO2023131037A1 (zh) | 2023-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114300616B (zh) | 一种基于共聚物有机半导体的集成功率器件 | |
| Kumatani et al. | Solution-processed, self-organized organic single crystal arrays with controlled crystal orientation | |
| Gundlach et al. | Oligophenyl-based organic thin film transistors | |
| Nomura et al. | Three-dimensionally stacked flexible integrated circuit: Amorphous oxide/polymer hybrid complementary inverter using n-type a-In–Ga–Zn–O and p-type poly-(9, 9-dioctylfluorene-co-bithiophene) thin-film transistors | |
| US7026713B2 (en) | Transistor device having a delafossite material | |
| Ablat et al. | Role of oxide/metal bilayer electrodes in solution processed organic field effect transistors | |
| CN107634090B (zh) | 二维黑磷pn结、其制备方法及应用 | |
| CN110265548A (zh) | 一种铟掺杂n型有机薄膜晶体管及其制备方法 | |
| Liu et al. | Graphene-based vertical thin film transistors | |
| Meister et al. | Program FFlexCom—High frequency flexible bendable electronics for wireless communication systems | |
| Wang et al. | Enhancement of memory properties of pentacene field-effect transistor by the reconstruction of an inner vertical electric field with an n-type semiconductor interlayer | |
| Lim et al. | Percolation-limited dual charge transport in vertical p–n heterojunction Schottky barrier transistors | |
| Yuan et al. | Solution-processed p-Type CuI thin-film transistors with NAND logic function | |
| CN112837996B (zh) | 一种薄层二维材料的制备方法 | |
| Peng et al. | Complementary-like inverter based on organic-inorganic heterojunction ambipolar transistors on flexible substrate | |
| Nketia-Yawson et al. | High-mobility electrolyte-gated perovskite transistors on flexible plastic substrate via interface and composition engineering | |
| Zou et al. | GaN/Gr (2D)/Si (3D) Combined High-Performance Hot Electron Transistors | |
| Maeda et al. | High Quality Pentacene Film Formation on N-Doped LaB 6 Donor Layer | |
| CN113451514B (zh) | 一种双极性提升的聚合物有机薄膜晶体管及制备方法 | |
| Hayakawa et al. | Surface potential visualization in organic antiambipolar transistors using operando Kelvin probe force microscopy for understanding the comprehensive carrier transport mechanism | |
| Huang et al. | Snapback‐free reverse conducting IGBT with p‐poly trench‐collectors | |
| WO2021037274A1 (zh) | 一种有机单晶半导体结构及其制备方法 | |
| Zhou et al. | Potential of the Amorphous Oxide Semiconductors for Heterogeneous Power Integration Applications | |
| Pan et al. | Significant improvement of organic thin-film transistor mobility utilizing an organic heterojunction buffer layer | |
| Hilleringmann et al. | Semiconductor nanoparticles for electronic device integration on foils |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |