美大学凭借双层栅极绝缘膜大幅减轻有机半导体的劣化

来源:日经BP社发布时间:2011-02-11 09:37:42

  美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)宣布,开发出了特性几乎不会劣化的有机FET。可在大气且低温的环境中制造,有望为柔性有机电子,比如有机类太阳能电池、RFID、有机EL的实用化做出巨大贡献。

  进行开发的是佐治亚理工学院电子与计算机工程系教授Bernard Kippelen的研究小组。Kippelen等在顶栅型有机FET中层叠了两屋栅极绝缘膜。

  利用栅极绝缘膜的材料为日本旭硝子开发的低介电率(low-k)非结晶氟化树脂“CYTOP”以及高介电率(high-k)金属氧化物。金属氧化物的绝缘膜利用ALD(Atomic Layer Deposition)法成膜。

  以前在栅极绝缘膜上使用任何材料时,都各有优缺点。具体而言,CYTOP与有机半导体的亲和性良好,缺陷也较少,但其介电率较低,因此在驱动FET时需要较大的栅极电压。而高介电率金属氧化物虽然能够以低电压来驱动,但缺陷较多,稳定性差。

  因此,Kippelen等为提高稳定性试制了具有层叠这两种材料的栅极绝缘膜的有机FET,并测试了特性。测试结果可谓令人吃惊。元件特性的劣化几乎不再出现。

  “载流子迁移率在1年多后丝毫未降低”(Kipperlen)。即使反复进行2万次以上的晶体管导通截止,或者在通过大电流的同时持续施加偏置电压,以及放入等离子真空装置5分钟以上,也未见劣化。虽然将元件浸入丙酮溶液中特性最终还是会下降,但即便如此晶体管仍可工作。

  Kipperlen分析认为,得到这一结果的原因在于两种栅极绝缘膜相互抵消了各自的缺点。“在两种材料中,只使用一种的话,FET中流过的电流就会减少。而使用另一种的话,阈值电压就会漂移,使电流增加。同时使用两种材料时,便可消除这些问题”(Kipperlen)。

  此次试制的有机FET可通过与利用非结晶硅制造的FET相同的外加电压来工作。以前一直在玻璃基板上制造该有机FET,而现在还可将处理温度降至150℃以下,使用树脂基板来制造。(记者:野泽 哲生)

 

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