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PLASMA等离子处理在有机场效应晶体管(OFET)制备中的应用
来源: | 作者:善准技术部 | 发布时间: 2019-12-09 | 1962 次浏览 | 分享到:
   有机场效应晶体管(OFETS)是一种有源器件,能够通过改变栅极电压来改变半导体层的导电能力,从而控制通过源漏电极的电流。作为电路中的基本单元,有机场效应晶体管具有功耗低、阻抗高、柔性、低成本、可大面积生产等优势,得到了广泛关注并取得长足的发展。它的组成元器件主要包括电极、有机半导体、绝缘层和衬底,它们对OFET的性能有着非常重要的影响。电极、有机半导体、绝缘层和衬底部分都可以通过PLASMA等离子处理,提升材料的性能。
   一、衬底材料 ——PLASMA等离子处理,去除衬底表面杂质,提高表面活性
   衬底一般在晶体管的最底层,在器件中主要起着支撑的作用。包含材料:玻璃、硅片、石英、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯萘(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯(PET)等可用作OFET的衬底材料。无机衬底具有熔点高,表面光滑等优点,比如玻璃,硅片和石英。聚合物衬底虽然表面粗糙,但这些材料的突出优点是柔性可弯曲,比如聚乙烯萘(PEN),聚乙烯(PET)。在准备阶段,需要对衬底材料进行PLSAMA等离子处理,去除衬底表面杂质,提高表面活性,可选用善准VP-S、VP-R/RS、VP-Q系列真空等离子处理仪来处理衬底材料
   二、电极材料——PLASMA等离子处理,提高功函数
   电极是有机场效应晶体管(OFET)中另一个重要的组成部分。在有机半导体/电极界面处,一般认为当界面势垒高度△E<0.4eV时,电极与有机半导体层之间能形成欧姆接触,对于P型OFET,最高已占轨道(HOMO)能级处于-4.9eV到-5.5eV之间,需选用功函数较高的材料,常用的有Au(-4.8eV-5.1eV)和ITO(-5.1eV)。一般的ITO的功函数偏低,需要提高功函数,因此可以使用善准13.56MHz频率VP-R/RS真空等离子处理仪来提高ITO的功函数
   三、绝缘层材料—— PLASMA等离子修饰二氧化硅表面,提高相容性
   在器件工作时,电荷主要在半导体与绝缘层界面上积累并传输,为保证栅电极与有机半导体间的栅极漏电流较小,要求绝缘层材料具有较高的电阻,亦即要求具有很好的绝缘性。目前常用的绝缘层材料主要是无机绝缘层材料,如无机氧化物,其中二氧化硅是有机场效应晶体管中普遍采用的绝缘层,但由于二氧化硅的表面存在一定的缺陷,加上它与有机半导体材料的相容性较差。因此需要用等离子处理对二氧化硅表面进行修饰,经试验可知频率13.56MHz的VP-R/RS系列处理效果最好。
   四、有机半导体材料—— PLASMA等离子活化和改性处理,提高迁移率
   目前,有机半导体材料主要分为小分子及聚合物两大类。从沟道载流子角度区分,有机半导体可分为P型半导体和N型半导体。P型半导体中多数载流子为空穴,N型半导体中多数载流子为电子。P型半导体除了必需的稳定性外,还要具备以下几个条件:(1)HOMO 能级较高,有利于和电极形成欧姆接触,以便空穴顺利注入;(2)具有较强的给电子能力。常用材料包括:稠环芳香烃,如并五苯(Pentacene)、红荧烯(Rubrene);聚合物,如聚(3-己基噻吩)(P3HT),可以通过等离子处理对有机半导体进行活化和改性。同时,通过等离子修饰的绝缘层表面,有利于有机材料沉积更均一性,更平整,这样大大提高了器件的迁移率,提高器件的性能,经过测试善准VP-R和VP-Q系列对有机半导体活化和改性效果明显,能很好地提升材料的性能。
   综上所述,有机场效应晶体管的组成元器件电极、有机半导体、绝缘层和衬底,都可以通过PLASMA等离子处理,提升材料的性能,善准PLASMA真空等离子处理仪有三大系列,对应的频率是40KHz、13.56MHz和2.45GHz,不同的材料类型需要选择适合的PLASMA等离子处理仪,具体怎么选型可以参考SUNJUNE善准公众号之前发的文章《真空等离子处理仪选型指南》或者直接与广州善准联系,2019年12月12月-2019年12月15日,广州善准将参加由北京大学深圳研究生院主办的第二届全国有机场效应晶体管会议(OFET-2),欢迎各参会老师在现场与我司工程师面对面交流。

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