专利名称：有机场效应晶体管阈值电压的调制方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域，具体而言，涉及有机场效应晶体管阈值电压的调制方法。
背景技术：
随着信息技术的发展，对低成本、柔性、低重量、便携的电子产品的需求越来越大； 传统的基于无机半导体材料的有机场效应晶体管和电路很难满足这些要求，因此可以实现 这些特性的基于有机聚合物半导体材料的有机微电子技术在这一趋势下得到了人们越来 越多的关注。有机场效应晶体管作为有机电路的基础元件，其性能对电路的性能起着决定性的 作用。其中迁移率决定了有机场效应晶体管工作的快慢，进而影响电路的工作频率；电压， 包括工作电压和阈值电压，决定了有机场效应晶体管以及电路的功耗。通常有机场效应晶 体管的工作电压都在数十伏，因此降低其工作电压一直是该领域的一个研究热点。随着阈 值电压的改变，晶体管可以分为增强型和耗尽型两种。前者在栅电压为零的时候，沟道中存 在很少的可自由移动电荷，在源漏电极上施加电压后得到的电流很小，只有当施加较大的 栅电压后沟道中才能产生较多的自由载流子，从而产生较大的电流。后者在栅电压为零的 时候，沟道中存在着不少的自由载流子，在源漏电极上施加电压就能得到不小的电流，只有 施加一个相反符号的电压才能使得沟道中的可自由移动的电荷浓度降到最低，从而使沟道 中的电流减小到最小。可以看出增强型的有机场效应晶体管具有很低的静态功耗。由于根 据实际需求，这两种类型的有机场效应晶体管都有其相应的用途。因此如何调节阈值电压， 使有机场效应晶体管在这两种类型中转化一直是有机场效应晶体管研究的一项重要内容。目前，主要的调制方法是在加工过程中通过改变有机场效应晶体管的尺寸参数， 通过界面修饰改变薄膜结构，改变薄膜的沉积条件，选用不同的介质材料，采用双栅电极结 构等技术，这些技术要么增加功能难度，要么使得有机场效应晶体管结构变的复杂，并且阈 值电压的调制自由度很低，调制固定后就不能再进行改变，因此具有很大的局限。
发明内容
针对相关技术中通过改变有机场效应晶体管尺寸调制阈值电压十分复杂问题而 提出本发明。为此，本发明的主要目的在于提供一种有机场效应晶体管阈值电压的调制方 法，以解决上述问题至少之一。鉴于上述，本发明提供了一种有机场效应晶体管阈值电压的调制方法，该方法包 括提供有机场效应晶体管；根据所需阈值电压利用光源辐照有机场效应晶体管的有机半 导体层；对有机场效应晶体管施加电压脉冲；经过预定时间后先后或同时撤销电压脉冲与 光源。其中，光源包括可见光源、红外光源、紫外光源中的至少一种。其中，阈值电压小于所述电压脉冲。其中，预定时间与光源的强度成反比，并且由有机半导体层的材料中载流子的迁移速度决定。其中，有 机场效应晶体管包括绝缘衬底；位于绝缘衬底上的栅电极，栅电极覆盖 绝缘衬底的部分区域；覆盖绝缘衬底和栅电极的栅介质层；位于栅介质层上的源电极、漏 电极；有机半导体层，有机半导体层位于栅介质层和源电极、漏电极上方或者有机半导体层 位于栅介质层与源电极、漏电极之间。其中，绝缘衬底包括具有绝缘薄膜的硅片、玻璃和塑料中的一种。通过本发明的上述技术方案，采用光源辐照与电压脉冲相结合，可以解决目前的 有机半导体场效应管的调制方法复杂，自由度地的问题，并且调制后有机场效应晶体管的 阈值电压可以保持较长时间，该方法自由度大，易于调整有机场效应晶体管。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1为根据本发明实施例的有机场效应晶体管的结构图；图2为根据本发明实施例的一种有机场效应晶体管阈值电压的调制方法的流程 图；图3为根据本发明第一优选实施例的脉冲调制结果的曲线图；图4为根据本发明第二优选实施例的脉冲调制结果的曲线图。
具体实施例方式功能概述在本发明实施例中，提供了一种调制有机场效应晶体管的阈值电压方案，在该实 现方案中，通过采用光源对有机场效应晶体管进行辐照，在对其施加电压脉冲，调制该有机 场效应晶体管的阈值电压。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。根据本发明的实施例，提供了一种有机场效应管的阈值电压的调制方法。在描述 该方法之前，首先描述用于实施该方法的优选的有机场效应晶体管。如图1所示，该有机场效应晶体管可以是顶接触式结构，也可以是底接触式结构。 具体的，该有机场效应晶体管包括绝缘衬底11，绝缘衬底包括但不限于生长有绝缘薄膜的 硅片、玻璃和塑料薄膜；位于绝缘衬底11上的栅电极12，栅电极12覆盖绝缘衬底11的部分 区域，栅电极12的材料包括但不限于金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁、铬金属导电材料和聚3， 4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)导电有机物；覆盖绝缘衬底11和栅电极12 的栅介质层13，栅介质层13的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钽、 氧化铪无机介质材料和聚酰亚胺(PI)、聚乙烯砒硌烷酮(PVP)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)、 聚对二甲苯(parylene)有机介质材料；位于栅介质层13上的源电极14和漏电极15，其材 料包括但不限于金、钼、银、铜、镍、铝、钛、铁、铬金属材料和PEDOTPSS导电有机物；有机半 导体层16位于栅介质层13与源电极14、漏电极15之间，有机半导体层的材料包括但不限于，并五苯、酞菁铜(CuPc)、聚3-己基噻吩(P3HT)、噻吩和红荧稀有机半导体材料。当然， 有机半导体层16也可以位于栅介质层13和源电极14、漏电极15上方，在此不对其做限制。 采用光源对有机场效应晶体管进行辐照，在栅电极连接电压脉冲发生装置。图2为根据本发明实施例的一种有机场效应晶体管阈值电压的调制方法的流程 图，如图2所示，本方法包括如下步骤步骤202，提供有机场效应晶体管，该有机场效应晶体管如上所述；步骤204，根据所需阈值电压利用光源辐照有机场效应晶体管的有机半导体层；步骤206，对有机场效应晶体管施加电压脉冲；步骤208，经过预定时间后先后或同时撤销电压脉冲与光源。其中，光源可以是可见光、紫外光或红外光，可见光可以是白光或单色光。电压脉 冲作用过程必须在持续光辐照的情况下进行，光照与电压脉冲可以同时撤销或者先撤销电 压脉冲后撤销光照。同时，一般情况下，阈值电压小于所述电压脉冲。同时，预定时间与光 源的强度成反比，并且由有机半导体层的材料中载流子的迁移速度决定。利用该方法，调制的自由度大，可以对有机场效应晶体管的阈值电压的符号和数 值随意调整，可重复性较高，并且多次调制的结果偏差比较小。同时，该方法可控性高，并且 不受有机场效应晶体管的材料、结构限制，也无需增加额外的工艺，在有机场效应晶体管制 备好之后便根据实际需要对其调制，调制过程中不会损伤有机场效应晶体管。现说明根据本发明第一优选实施例和第二优选实施例。为测试目的，实施例中所 采用的晶体管为顶接触式结构，重掺杂的单晶硅作为栅电极，原子层沉积制备的30nm氧化 铝作为栅介质层，真空热蒸发沉积的50nm的并五苯薄膜作为有机半导体层，电子束蒸发沉 积的50nm的金薄膜作为源、漏电极。第一优选实施例本实施例中，采用电压脉冲宽度固定，幅度变化的方式对对有机场效应晶体管进 行辐照，调节其阈值电压。采用白光作为光源，电压脉冲宽度为300s，在持续300s的白光照 射下，使用不同幅度的电压脉冲施加到有机场效应晶体管，可以将有机场效应晶体管的脉 冲从-2V调整到6V。如图3所示，利用栅源电压与漏电流之间的关系进行说明。初始时， 该有机场效应晶体管的阈值电压约为2V，源漏电压Vds = -3V，而后在光源辐照的条件下，对 栅电极施加Vpulse = -6V的电压脉冲，使得有机场效应晶体管的阈值电压调节为0V，随后在 施加Vpulse = -9V的电压脉冲，使得阈值电压调节为-2V，此时，有机场效应晶体管的为增强 型有机场效应晶体管。对有机场效应晶体管施加Vpulse= IV的电压脉冲，使其阈值电压恢 复到IV，此时，有机场效应晶体管转变为耗尽型。随后，继续对有机场效应晶体管施加Vpulse =3V, Vpulse = 5V, Vpulse = 7V的电压脉冲，其阈值分别被调节到2. 5V、4. 4V、6V。第二优选实施例本实施例中采用的晶体管结构域第一优选实施例的相同。采用白光作为光源。本 实施例中，采用电压脉冲幅度不变而宽度改变的方式对有机场效应晶体管进行辐照，调节 器其阈值电压。首先，采用-6V的电压脉冲，将有机场效应晶体管的阈值电压调节到0V，源 漏电压Vds = -3V，而后采用3V的电压脉冲对栅电极发生作用，通过调整电压脉冲的宽度使 得其达到不同的阈值电压，并且每次使用3V电压脉冲作用后再采用-6V的电压脉冲使得有 机场效应晶体管的电压恢复到相同位置。如图4所示，利用栅源电压与漏电流之间的关系进行说明。 采用4S、10S、20S、50S、70S、100S和300s的脉冲可以使得该有机场效应晶体管 的阈值电压分别从OV达到0. 3V、1. 6V、2V、2. 3V、2. 4V、2. 5V和2. 6V。从中可以看出作用时 间越长，阈值电压的调制幅度越大，但是超出一定时间后，调制效果会越来越不明显。由此 可以看出，采用不同时间宽度的脉冲作用可以调制有机场效应晶体管的阈值电压。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种有机场效应晶体管阈值电压的调制方法，其特征在于，所述方法包括 提供有机场效应晶体管；根据所需阈值电压利用光源辐照所述有机场效应晶体管的有机半导体层； 对所述有机场效应晶体管施加电压脉冲； 经过预定时间后，先后或同时撤销电压脉冲与光源。
2.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述光源包括可见光源、红外光源、紫 外光源中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的调制方法，其特征在于，所述阈值电压小于所述电压脉冲。
4.根据权利要求3所述的调制方法，其特征在于，所述预定时间与光源的强度成反比，并 且由有机半导体层的材料中载流子的迁移速度决定。
5.根据权利要求1所述的调制方法，其特征在于，所述有机场效应晶体管包括 绝缘衬底；位于绝缘衬底上的栅电极，所述栅电极覆盖绝缘衬底的部分区域； 覆盖所述绝缘衬底和所述栅电极的栅介质层； 位于所述栅介质层上的源电极、漏电极；有机半导体层，所述有机半导体层位于栅介质层和所述源电极、漏电极上方或者所述 有机半导体层位于所述栅介质层与所述源电极、漏电极之间。
6.根据权利要求5所述的调制方法，其特征在于，所述绝缘衬底包括具有绝缘薄膜的硅 片、玻璃和塑料中的一种。
全文摘要
本发明提供了一种有机场效应晶体管阈值电压的调制方法，该方法包括提供有机场效应晶体管；根据所需阈值电压利用光源辐照有机场效应晶体管的有机半导体层；对有机场效应晶体管施加电压脉冲；经过预定时间后先后或同时撤销电压脉冲与光源。通过本发明的上述技术方案，解决了目前的有机半导体场效应管的调制方法复杂，自由度低的问题，并且调制后有机场效应晶体管的阈值电压可以保持较长时间，该方法自由度大，易于调整有机场效应晶体管。
文档编号H01L51/40GK102104113SQ200910311849
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者刘明, 商立伟, 姬濯宇 申请人:中国科学院微电子研究所