薄膜場效應(yīng)管介紹及結(jié)構(gòu)解析-KIA MOS管

薄膜場效應(yīng)管解析

場效應(yīng)管是利用改變電場來控制固體材料導(dǎo)電能力的有源器件,這種器件不但具有一般半導(dǎo)體三極管體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點(diǎn),而且還有輸入阻抗高、噪聲低(0.5-1dB)、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝

簡單等特點(diǎn)，因而其應(yīng)用范圍非常廣泛，為創(chuàng)造新型而優(yōu)異的電路(特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路)提供了有利的條件。

目前無機(jī)薄膜場效應(yīng)晶體管的尺已接近小型化的自然極限。這個(gè)極限值決定了半導(dǎo)體材料的電子性能和加工成器件的方法,若要進(jìn)一步提高電路的集成度,只有另辟新徑。

近年來，隨著有機(jī)導(dǎo)電聚合物的發(fā)展,無機(jī)場效應(yīng)管的絕緣層、半導(dǎo)體和柵極都開始有人嘗試用有機(jī)物來進(jìn)行替代，從而發(fā)展成一種新型的有機(jī)薄膜場效應(yīng)管。

薄膜場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

圖1示出了有機(jī)薄膜場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu),由于在有機(jī)半導(dǎo)體上沉積絕緣層并非易事,所以與無機(jī)半導(dǎo)體場效應(yīng)管不同的是:有機(jī)場效應(yīng)晶體管均采用“反型”結(jié)構(gòu)(倒置型結(jié)構(gòu)),即在場效應(yīng)管的柵極上構(gòu)筑整個(gè)器件。

柵極用金屬材料制作或用高度摻雜的、導(dǎo)電性非常良好的硅基直接制作,在柵極之上構(gòu)筑絕緣層,在絕緣層之上再淀積一層很薄的有機(jī)化合物用作場效應(yīng)管的半導(dǎo)體層。

最后，在有機(jī)化合物半導(dǎo)體膜之上沉積兩個(gè)金屬電極作為源、漏極,使之與有機(jī)半導(dǎo)體之間形成良好的歐姆接觸,源、漏之間的電流IDs通過柵極來控制。

在柵極和有機(jī)半導(dǎo)體之間的絕緣層在整個(gè)場效應(yīng)管中起著關(guān)鍵性的作用，這層絕緣材料必須具有很高的介電常數(shù)、阻抗、電介強(qiáng)度以及很低的固定或可動電荷。

在大多數(shù)的有機(jī)半導(dǎo)體場效應(yīng)管之中，絕緣層用的是SiO2, 即在Si基上通過熱分解技術(shù)形成一層氧化物膜。

通過近年來的研究,這層SiO2可以用一層介電常數(shù)較大、絕緣效果較好的有機(jī)聚合物來代替,如氰乙基普魯烷(CYEP - cyanoethylpullulane)、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA- polymethy+methacrylate)等等,從而形成一個(gè)全有機(jī)的場效應(yīng)管。

Carnier的研究表明:用有機(jī)絕緣層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Si02絕緣層能顯著改善場效應(yīng)管的機(jī)械特性,提高載流子的遷移率HFE.Horow itz針對不同絕緣層的六聚噻吩TFTs進(jìn)行了研究,得出的各電參數(shù)見表1。

對于p型導(dǎo)電聚合物的TFT,可以用一個(gè)等效電路來模擬它的結(jié)構(gòu)。

因?yàn)檫@時(shí)場效應(yīng)管實(shí)際上是一個(gè)在柵壓控制下的可變電阻,如果Rs,RD分別表示聚合物和漏、源電極之間的接觸電阻,則整個(gè)電路模型可以表示如下:

這時(shí)源漏電流由兩部分組成:通過累積層自身的電流和通過導(dǎo)電聚合物本體的電流。

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