[發明專利]雙極發光場效應晶體管

有效

• 申請號: 201010168735.7
• 申請日: 2005-01-17
• 公開（公告）號: CN101847689A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發明（設計）人: J·佐邁塞爾;H·西林豪斯;蔡麗麗;P·K-H·何;R·H·弗蘭德
• 申請（專利權）人: 劍橋企業有限公司
• 主分類號: H01L51/05
• 分類號: H01L51/05;H01L51/52;G09G3/32
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 任宗華

本申請是申請日為2005年1月17日、發明名稱為“雙極發光場效應晶體管”的中國專利ZL200580005000.X的分案申請。

本發明涉及能在晶體管的溝道(channel)內從非常確定的區域雙極傳導和發光的新型晶體管及其制造方法。

場效應晶體管(FETs)是三終端器件，其包括源接點、漏接點和柵極接點。半導體層(“溝道”)橋連源接點和漏接點，且本身通過被稱為柵介質的絕緣層與柵極接點相隔開。在有機晶體管中，由半導體有機材料制造半導體層。特別地，在聚合物晶體管中，由半導體聚合物，典型地n-共軛有機聚合物制造半導體有機層。這一層可通過前體路線或者直接通過溶液加工，沉積在器件內。

介于源接點和漏接點之間施加電壓。此外，在場效應晶體管中，施加電壓到柵極接點上。這一電壓通過引起電荷載流子在此累積或耗盡，產生改變位于與柵介質直接相鄰的半導體層的電流-電壓特征的場。這反過來調制溝道電阻和對于給定的源-漏電壓來說，電荷從源接點流到漏接點時的速度(也就是說，源-漏電流)。

原則上，有機場效應晶體管(FETs)可按照兩種模式操作；或者作為n-溝道器件(其中在溝道內累積的電荷是電子)或者p-溝道器件(其中在溝道內累積的電荷是空穴)。

Advanced?Functional?Materials?13(2003)第199-204頁提出了影響p-溝道有機場效應晶體管操作的新效應，所述晶體管來自于柵絕緣材料的選擇。這一文獻沒有涉及n-溝道傳導。這一文獻研究了具有可變介電常數和極性的許多柵絕緣子(gate?insulator)。據報道，p-溝道器件的性能隨低-k絕緣子而改進。

具體地說，認為當使用低-k絕緣子時，出現改進的空穴遷移率的一致趨勢。據說在所測試的PTAA衍生物內，6×10^-3cm²V^-1s^-1的FET空穴遷移率是可能的。假設所觀察到效應是由于在半導體/柵介質界面處的能量無序變化導致的。關于這一點，據說表明低極性的界面是有利的。進一步據說，這導致在較低的柵電勢下的陷阱填充(trapfilling)以及因此可實現降低的閾電壓。

所研究的絕緣子材料的范圍為二氧化硅、聚(乙烯基苯酚)(PVP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚(四氟乙烯-共-丁烯基乙烯基醚)、氰基pullulane、聚異丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)和聚丙烯的共聚物：聚[丙烯-共-(1-丁烯)]。

尤其有利的是能實現n-和p-溝道的有機FETs二者。這開啟了用極低的備用功率消耗制造互補電路的機率，這是無機Si?FETs領域中已知的(P.Horowitz和W.Hill，The?Art?of?Electronics，CambridgeUniversity?Press，1989)。生成互補電路的一種特別簡單的方式是(簡單地通過選擇合適的柵電壓極性)在同一器件內同時實現n-和p-溝道傳導。據說這一器件是雙極的，且采用無機無定形Si得到證明(H.Pfleiderer，W.Kusian和B.Bullemer，Siemens?Forschungs?UndEntwicklungsberichte-Siemens?Research?and?DevelopmentReports14(1985)第114頁)。

然而，迄今為止，通常被接受的是，n-溝道有機FETs限于特定組的非常高電子-親合性(EA)的半導體，例如含有苝四羧酸二酰亞胺/二酸酐、萘四羧酸二酰亞胺/二酸酐或酞菁單元的那些；或者具有非常小帶隙(小于或等于1.6eV)的那些，其中借助其小的帶隙確實具有非常高的電子親合性。

所使用的小分子n-溝道半導體材料的一些具體實例是：

-雙(酞菁)(G.Guillaud，M.A.Sadound和M.Maitrot，ChemicalPhysics?Letters?167(1990)第503頁)。

-四氰基喹啉二甲烷(A.R.Brown，D.M.de?Leeuw，E.J.Lous和E.E.Havinga，Synthetic?Metals66(1994)第257頁)。