有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（organic fieldeffect tran-sisbor，OFET）因具有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)而受到研究人員的極大重視：材料來(lái)源廣、可與柔性襯底兼容、低溫加工、適合大批量生產(chǎn)和低成本等。它用途廣泛，可用于全有機(jī)主動(dòng)顯示、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路、記憶組件、傳感器、有機(jī)激光、互補(bǔ)邏輯電路和超導(dǎo)材料制備等。
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管由三個(gè)電極即源極（source）漏（drain）極、柵極（gate）、有機(jī)半導(dǎo)體層和柵絕緣層組成。根據(jù)器件的結(jié)構(gòu)，有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以分為四類：底柵底接觸式、頂柵頂接觸式、項(xiàng)柵底接觸式和底柵I頁(yè)接觸式（圖1）。底柵和頂柵是根據(jù)柵極的位置來(lái)劃分，底柵是柵極沉積在柵絕緣層的下方，頂柵是柵極沉積在有機(jī)半導(dǎo)體和絕緣層上方;而頂接觸和底接觸是根據(jù)有機(jī)半導(dǎo)體和源漏電極的位置來(lái)劃分，頂接觸是有機(jī)半導(dǎo)體先生長(zhǎng)在柵絕緣層再進(jìn)行源漏電極的沉積，而底接觸是有機(jī)半導(dǎo)體的基底是源漏電極和柵絕緣層。不同的器件結(jié)構(gòu)會(huì)引起不同的載流子注入方式和器件性能，比如在底柵底接觸中，載流子可以直接從電極邊緣注入導(dǎo)電溝道中，而在底柵頂接觸中，有機(jī)半導(dǎo)體把源漏電極和導(dǎo)電溝道隔開，從電極向?qū)щ姕系雷⑷氲妮d流子必須穿過(guò)有機(jī)半導(dǎo)體層才能到達(dá)導(dǎo)電溝道中，這樣很有可能會(huì)增加接觸電阻而導(dǎo)致載流子的注入效率降低，但是這種結(jié)構(gòu)的器件由于電極與有機(jī)半導(dǎo)體的接觸面積相對(duì)較大，在有機(jī)半導(dǎo)體層很薄的情況下，接觸電阻反而變得很?。毫硗猓捎陧?xiàng)接觸是有機(jī)半導(dǎo)體材料直接沉積在絕緣層上，膜的質(zhì)量也比較優(yōu)質(zhì)，因此器件的性能比底接觸的較好一些。但是從制作器件的工藝方面考慮，頂接觸是源漏電極沉積在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上，很可能對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體引起一些負(fù)面影響，比如破壞有機(jī)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)等：另一方面，頂接觸器件尺寸和集成度不能做到比底接觸的小和高，因此，頂接觸不宜進(jìn)行大面積的生產(chǎn)，在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。
以P型有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（見(jiàn)下圖）為例來(lái)說(shuō)明OFET的工作原理。
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管在結(jié)構(gòu)上類似一個(gè)電容器，源、漏電極和有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的導(dǎo)電溝道相當(dāng)于一個(gè)極板，柵極相當(dāng)于另一個(gè)極板。當(dāng)在柵、源之間加上負(fù)電壓從VGS后，就會(huì)在絕緣層附近的半導(dǎo)體層中感應(yīng)出帶正電的空穴，柵極處會(huì)積祟帶負(fù)電的電子。此時(shí)在源、漏電極之間再加上一個(gè)負(fù)電壓VDS，就會(huì)在源漏電極之間產(chǎn)生電流IDS通過(guò)調(diào)節(jié)VGS和Vns可以調(diào)節(jié)絕緣層中的電場(chǎng)強(qiáng)度，而隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的不同，感應(yīng)電荷的密度也不同。因而，源、漏極之間的導(dǎo)電通道的寬窄也就不同，進(jìn)而源、漏極之間的電流也就會(huì)改變。由此，通過(guò)調(diào)節(jié)絕緣層中的電場(chǎng)強(qiáng)度就可以達(dá)到調(diào)節(jié)源漏極之間電流的目的。保持VDS不變，當(dāng)VGS較小時(shí)IDS很小，稱為“關(guān)”態(tài)；當(dāng)VGS較大時(shí)，IDS達(dá)到一個(gè)飽和值，稱為“開”態(tài)。
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要性能指標(biāo)
對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體層的要求主要有以下幾個(gè)方面：第一，具有穩(wěn)定的電化學(xué)特性和良好的π共扼體系，只有這樣才有利于載流子的傳輸，獲得較高遷移率；第二，本征電導(dǎo)率必須較低，這是為了盡可能降低器件的漏電流，從而提高器件的開關(guān)比。此外，OFET半導(dǎo)體材料還應(yīng)滿足下列要求：?jiǎn)畏肿拥淖畹臀凑挤肿榆壍溃↙UMO）或最高已占分子軌道（HOMO）能級(jí)有利于電子或空穴注入；固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)提供足夠分子軌道重疊，保證電荷在相鄰分子間遷移時(shí)無(wú)過(guò)高能壘。因此，評(píng)價(jià)OFET的性能指標(biāo)主要有遷移率、開—關(guān)電流比、閾值電壓3個(gè)參數(shù)。場(chǎng)遷移率是單位電場(chǎng)下電荷載流子的平均漂移速度，它反映了在不同電場(chǎng)下空穴或電子在半導(dǎo)體中的遷移能力；開—關(guān)電流比定義為在“開”狀態(tài)和“關(guān)”狀態(tài)時(shí)一的漏電流之比，它反映了在一定柵極電壓下器件開關(guān)性能的優(yōu)劣。為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，OFET的遷移率一般要求達(dá)到0.O1cm2/（V·s），開—關(guān)比大于10。對(duì)于閾值電壓，要求盡量低。OFET發(fā)展至今，電壓由最初的幾十甚至上百伏下降到5V甚至更低。開關(guān)電流比由102~103提高到109，器件載流子遷移率也由最初的10-5cm2/（V·s）提高到了15.4cm2/（V?s）。
器件性能通常用輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線來(lái)表征。
下圖是以聚合物PDTT為半導(dǎo)體材料的頂結(jié)構(gòu)OFET輸出特性曲線（a）和轉(zhuǎn)移特性曲線（b）圖。從下圖（a）可以看出漏電流ID在VD絕對(duì)值小于20V范圍內(nèi)隨VD絕對(duì)值的增大而增大。下圖（b）中，ID隨著VG負(fù)電壓絕對(duì)值的增大而增大。最終計(jì)算出該器件的遷移率為2.2x103cm2/（V·s）。
頂結(jié)構(gòu)OFET輸出特性曲線及轉(zhuǎn)移特性曲線圖