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摘 要：有机场效应管（OFET， organic field-effect transistors）以其在传感器、平板显示及集成电路等领域具有巨大的潜力，得到了各界的关注。本文概述了制备有机场效应晶体管的材料，以及目前主要的器件制备技术，并简要说明了有机场效应晶体管在各领域中应用和相关的特性研究。
关键词：有机场效应管，OFET，有机材料
0 引言
有机场效应管是一种传输层使用有机半导体材料的薄膜场效应管。与无机场效应管相同，它是组成集成电路最基本的元件，并随着其在有机电发光式柔性显示器、集成电路以及各种智能卡等领域具有广阔的应用前景，有机场效应管已经取得了极大的进展[1]。
自1986年Tsumura等人首次以有机半导体材料作为有源层制备得到有机场效应管以来，其研究得到迅猛的发展，并且实现了众多突破。当前，有机场效应管的载流子迁移率和电流开关比已经与无机场效应管相媲美；高介电常数的有机绝缘体材料也为其制备奠定坚实基础；有机场效应管制备技术也向工艺简化、降低成本方向发展[2]。本文综述了有机场效应管的设计、制备、以及特性研究的最新进展。
1 有机场效应管的半导体材料
1.1 有源层材料
有机场效应管的有源层材料分为p型和n型材料，但是因为其分类不涉及掺杂，因此有别于无机材料的定义。有机中n型材料只是指材料具有高的电子亲和性，p型材料是指具材料有高的空穴亲和性，而亲和性特征只与两个材料的性质有关，其一是材料本身的最高占据分子轨道能级（HOMO ，Highest Occupied Molecular Orbital）和最低未占据分子轨道能级（LUMO， Lowest Unoccupied Molecular Orbital）关系，其二是材料的π键共轭体系。
1.2 介质层材料
有机场效应管是电压控制型器件，其结构与于平行板电容器相似，因此绝缘层的优劣对整个器件性能的影响十分巨大。绝缘材料的最基本要求是具有高介电常数，这利于产生较多的沟道载流子和提高载流子迁移率，其次应具有较好的热和化学阻抗以及高击穿电压等。当前有机场效应管的绝缘材料包括有机材料和无机材料。无机绝缘材料有二氧化硅（SiO2 ）、氮硅化物等。绝缘效果较好的有机聚合物包括聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯等。
1.3 电极材料
有机场效应管的电极材料的选择对器件的性能至关重要。在理论上，其要求是与有机材料形成欧姆接触，因此根据p型与n型制备材料的不同，要使用不同功函数的电极材料。当使用p型材料时，因为载流子在能带的HOMO能级上传输，因而选用高功函数的电极材料比较合适，如金属金（Au）等。反之，使用n型有机半导体时，由于在较低能级的LUMO能级上传输载流子，故需要低功函数的电极，例如铝（Al）、银（Ag）等。
2 有机场效应管的制备
有机场效应管的制备方法有许多种，如真空气相沉积、旋涂法、溶液印刷法、软石印法以及喷墨打印等，各种方法的优劣各有不同。本文简要介绍真空镀膜和溶液镀膜技术。
2.1 真空镀膜
真空镀膜技术指的是在真空环境下，在基底表面利用物理或化学手段制备各膜层。其技术主要分为物理气相沉积和化学气相沉积。前者包括蒸发镀膜和溅射镀膜，后者包括有机分子束外延生长技术。热蒸镀是在真空中利用受热后的蒸发或升华的物质将冷凝沉积在基底表面。
溅射法是利用粒子经过电场加速后轰击到靶材表面上，将其表面的原子溅射出来并在基底上沉积而形成薄膜。真空镀膜技术具有膜的纯度高、高场效应迁移率，纯度厚度可控等优点，但是由于其使用设备复杂，成本高，在工业应用中较困难。
2.2溶液镀膜
溶液成膜法主要有溶液浇铸法和溶液旋涂法，其优点是不需要高的沉积温度，而且内部的有序性非常完整。溶液浇铸法的做法是在固定的基片上，模具中滴入成膜所需的溶液，通过加热或者其他方法使其固化，之后去掉模具从而形成薄膜。而溶液旋涂法是将成膜需要的液体滴在固定的基板上，然后让基片高速旋转，液体胶液在离心力的作用下均匀涂覆，从而形成膜层。溶液成膜法还包括LB膜技术，印章技术等。
3 有机场效应管的应用与特性研究
3.1 有机场效应管的应用
有机场效应管因为其材料的特殊型和其具有的独特的电学性质，在越来越多的方面有巨大的应用前景。例如有机场效应管应用于气体检测已有报道；利用在有机导电层产生电荷载流子这一结构可以研究高度有序的有机材料的超导性；全有机显示屏和柔性显示屏使用有机场效应管作为驱动部分；利用有机场效应晶体管第一次实现产生有机激光等[3]。
3.2 有机场效应管的特性研究
有机场效应管作为三端电压控制型器件，包含了源极（S）、漏电极（D）和栅电极（G）。其工作原理和一般场效应管相似，即在通常情况下，先将场效应管的S极接地。当G极和S极之间的无电压时，场效应管处于“关”状态，其中没有电流通过；当G极和S极之间加上电压时，G极和有机层相对的两个面上就要被充电，场效应管处于“开”状态，在沟道中就有电流通过。其输入输出特性曲线如图3所示。有机场效应管的栅电压的大小可以控制源漏极之间电流的大小，原理是栅电压的大小影响着半导体层中的感应电荷密度的大小，也就是影响着DS极之间的导电沟道的宽窄。载流子迁移率和电流开关比是表征有机场效应晶体管器件性能的主要参数。载流子迁移率定量的说就是单位电场下载流子的获得的速度。其有效描述了在沟道中有机场效应管的有源层内的载流子的运动情况。电流开关比是指有机场效应管处于“开态”和“关态”时，源漏电流的比值，其直接反映了器件开关性能的好坏。
4 总结
本文首先简要介绍了有机场效应管的分类与发展，主要讨论与研究了有机场效应管件的有机半导体材料、栅绝缘层材料和电极材料，然后阐述了有机场效应管的制备方法、基本结构以及工作原理。
参考文献
[1]王登攀. 有机场效应晶体管研究与应用展望[D]. 吉林大学， 2005.
[2]冷华星. 有机场效应管制备与研究[D]. 江南大学， 2014.
关键词：有机场效应管，OFET，有机材料
0 引言
有机场效应管是一种传输层使用有机半导体材料的薄膜场效应管。与无机场效应管相同，它是组成集成电路最基本的元件，并随着其在有机电发光式柔性显示器、集成电路以及各种智能卡等领域具有广阔的应用前景，有机场效应管已经取得了极大的进展[1]。
自1986年Tsumura等人首次以有机半导体材料作为有源层制备得到有机场效应管以来，其研究得到迅猛的发展，并且实现了众多突破。当前，有机场效应管的载流子迁移率和电流开关比已经与无机场效应管相媲美；高介电常数的有机绝缘体材料也为其制备奠定坚实基础；有机场效应管制备技术也向工艺简化、降低成本方向发展[2]。本文综述了有机场效应管的设计、制备、以及特性研究的最新进展。
1 有机场效应管的半导体材料
1.1 有源层材料
有机场效应管的有源层材料分为p型和n型材料，但是因为其分类不涉及掺杂，因此有别于无机材料的定义。有机中n型材料只是指材料具有高的电子亲和性，p型材料是指具材料有高的空穴亲和性，而亲和性特征只与两个材料的性质有关，其一是材料本身的最高占据分子轨道能级（HOMO ，Highest Occupied Molecular Orbital）和最低未占据分子轨道能级（LUMO， Lowest Unoccupied Molecular Orbital）关系，其二是材料的π键共轭体系。
1.2 介质层材料
有机场效应管是电压控制型器件，其结构与于平行板电容器相似，因此绝缘层的优劣对整个器件性能的影响十分巨大。绝缘材料的最基本要求是具有高介电常数，这利于产生较多的沟道载流子和提高载流子迁移率，其次应具有较好的热和化学阻抗以及高击穿电压等。当前有机场效应管的绝缘材料包括有机材料和无机材料。无机绝缘材料有二氧化硅（SiO2 ）、氮硅化物等。绝缘效果较好的有机聚合物包括聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯等。
1.3 电极材料
有机场效应管的电极材料的选择对器件的性能至关重要。在理论上，其要求是与有机材料形成欧姆接触，因此根据p型与n型制备材料的不同，要使用不同功函数的电极材料。当使用p型材料时，因为载流子在能带的HOMO能级上传输，因而选用高功函数的电极材料比较合适，如金属金（Au）等。反之，使用n型有机半导体时，由于在较低能级的LUMO能级上传输载流子，故需要低功函数的电极，例如铝（Al）、银（Ag）等。
2 有机场效应管的制备
有机场效应管的制备方法有许多种，如真空气相沉积、旋涂法、溶液印刷法、软石印法以及喷墨打印等，各种方法的优劣各有不同。本文简要介绍真空镀膜和溶液镀膜技术。
2.1 真空镀膜
真空镀膜技术指的是在真空环境下，在基底表面利用物理或化学手段制备各膜层。其技术主要分为物理气相沉积和化学气相沉积。前者包括蒸发镀膜和溅射镀膜，后者包括有机分子束外延生长技术。热蒸镀是在真空中利用受热后的蒸发或升华的物质将冷凝沉积在基底表面。
溅射法是利用粒子经过电场加速后轰击到靶材表面上，将其表面的原子溅射出来并在基底上沉积而形成薄膜。真空镀膜技术具有膜的纯度高、高场效应迁移率，纯度厚度可控等优点，但是由于其使用设备复杂，成本高，在工业应用中较困难。
2.2溶液镀膜
溶液成膜法主要有溶液浇铸法和溶液旋涂法，其优点是不需要高的沉积温度，而且内部的有序性非常完整。溶液浇铸法的做法是在固定的基片上，模具中滴入成膜所需的溶液，通过加热或者其他方法使其固化，之后去掉模具从而形成薄膜。而溶液旋涂法是将成膜需要的液体滴在固定的基板上，然后让基片高速旋转，液体胶液在离心力的作用下均匀涂覆，从而形成膜层。溶液成膜法还包括LB膜技术，印章技术等。
3 有机场效应管的应用与特性研究
3.1 有机场效应管的应用
有机场效应管因为其材料的特殊型和其具有的独特的电学性质，在越来越多的方面有巨大的应用前景。例如有机场效应管应用于气体检测已有报道；利用在有机导电层产生电荷载流子这一结构可以研究高度有序的有机材料的超导性；全有机显示屏和柔性显示屏使用有机场效应管作为驱动部分；利用有机场效应晶体管第一次实现产生有机激光等[3]。
3.2 有机场效应管的特性研究
有机场效应管作为三端电压控制型器件，包含了源极（S）、漏电极（D）和栅电极（G）。其工作原理和一般场效应管相似，即在通常情况下，先将场效应管的S极接地。当G极和S极之间的无电压时，场效应管处于“关”状态，其中没有电流通过；当G极和S极之间加上电压时，G极和有机层相对的两个面上就要被充电，场效应管处于“开”状态，在沟道中就有电流通过。其输入输出特性曲线如图3所示。有机场效应管的栅电压的大小可以控制源漏极之间电流的大小，原理是栅电压的大小影响着半导体层中的感应电荷密度的大小，也就是影响着DS极之间的导电沟道的宽窄。载流子迁移率和电流开关比是表征有机场效应晶体管器件性能的主要参数。载流子迁移率定量的说就是单位电场下载流子的获得的速度。其有效描述了在沟道中有机场效应管的有源层内的载流子的运动情况。电流开关比是指有机场效应管处于“开态”和“关态”时，源漏电流的比值，其直接反映了器件开关性能的好坏。
4 总结
本文首先简要介绍了有机场效应管的分类与发展，主要讨论与研究了有机场效应管件的有机半导体材料、栅绝缘层材料和电极材料，然后阐述了有机场效应管的制备方法、基本结构以及工作原理。
参考文献
[1]王登攀. 有机场效应晶体管研究与应用展望[D]. 吉林大学， 2005.
[2]冷华星. 有机场效应管制备与研究[D]. 江南大学， 2014.