[发明专利]双极发光场效应晶体管

说明书

本申请是申请日为2005年1月17日、发明名称为“双极发光场效应晶体管”的中国专利ZL200580005000.X的分案申请。

本发明涉及能在晶体管的沟道(channel)内从非常确定的区域双极传导和发光的新型晶体管及其制造方法。

场效应晶体管(FETs)是三终端器件，其包括源接点、漏接点和栅极接点。半导体层(“沟道”)桥连源接点和漏接点，且本身通过被称为栅介质的绝缘层与栅极接点相隔开。在有机晶体管中，由半导体有机材料制造半导体层。特别地，在聚合物晶体管中，由半导体聚合物，典型地n-共轭有机聚合物制造半导体有机层。这一层可通过前体路线或者直接通过溶液加工，沉积在器件内。

介于源接点和漏接点之间施加电压。此外，在场效应晶体管中，施加电压到栅极接点上。这一电压通过引起电荷载流子在此累积或耗尽，产生改变位于与栅介质直接相邻的半导体层的电流-电压特征的场。这反过来调制沟道电阻和对于给定的源-漏电压来说，电荷从源接点流到漏接点时的速度(也就是说，源-漏电流)。

原则上，有机场效应晶体管(FETs)可按照两种模式操作；或者作为n-沟道器件(其中在沟道内累积的电荷是电子)或者p-沟道器件(其中在沟道内累积的电荷是空穴)。

Advanced Functional Materials 13(2003)第199-204页提出了影响p-沟道有机场效应晶体管操作的新效应，所述晶体管来自于栅绝缘材料的选择。这一文献没有涉及n-沟道传导。这一文献研究了具有可变介电常数和极性的许多栅绝缘子(gate insulator)。据报道，p-沟道器件的性能随低-k绝缘子而改进。

具体地说，认为当使用低-k绝缘子时，出现改进的空穴迁移率的一致趋势。据说在所测试的PTAA衍生物内，6×10^-3cm²V^-1s^-1的FET空穴迁移率是可能的。假设所观察到效应是由于在半导体/栅介质界面处的能量无序变化导致的。关于这一点，据说表明低极性的界面是有利的。进一步据说，这导致在较低的栅电势下的陷阱填充(trapfilling)以及因此可实现降低的阈电压。

所研究的绝缘子材料的范围为二氧化硅、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、聚异丁烯、聚(4-甲基-1-戊烯)和聚丙烯的共聚物：聚[丙烯-共-(1-丁烯)]。

尤其有利的是能实现n-和p-沟道的有机FETs二者。这开启了用极低的备用功率消耗制造互补电路的机率，这是无机Si FETs领域中已知的(P.Horowitz和W.Hill，The Art of Electronics，CambridgeUniversity Press，1989)。生成互补电路的一种特别简单的方式是(简单地通过选择合适的栅电压极性)在同一器件内同时实现n-和p-沟道传导。据说这一器件是双极的，且采用无机无定形Si得到证明(H.Pfleiderer，W.Kusian和B.Bullemer，Siemens Forschungs UndEntwicklungsberichte-Siemens Research and DevelopmentReports14(1985)第114页)。

然而，迄今为止，通常被接受的是，n-沟道有机FETs限于特定组的非常高电子-亲合性(EA)的半导体，例如含有苝四羧酸二酰亚胺/二酸酐、萘四羧酸二酰亚胺/二酸酐或酞菁单元的那些；或者具有非常小带隙(小于或等于1.6eV)的那些，其中借助其小的带隙确实具有非常高的电子亲合性。

所使用的小分子n-沟道半导体材料的一些具体实例是：

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

-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页)。