專利名稱：有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，具體而言，涉及有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法。
背景技術：
隨著信息技術的發展，對低成本、柔性、低重量、便攜的電子產品的需求越來越大； 傳統的基于無機半導體材料的有機場效應晶體管和電路很難滿足這些要求，因此可以實現 這些特性的基于有機聚合物半導體材料的有機微電子技術在這一趨勢下得到了人們越來 越多的關注。有機場效應晶體管作為有機電路的基礎元件，其性能對電路的性能起著決定性的 作用。其中遷移率決定了有機場效應晶體管工作的快慢，進而影響電路的工作頻率；電壓， 包括工作電壓和閾值電壓，決定了有機場效應晶體管以及電路的功耗。通常有機場效應晶 體管的工作電壓都在數十伏，因此降低其工作電壓一直是該領域的一個研究熱點。隨著閾 值電壓的改變，晶體管可以分為增強型和耗盡型兩種。前者在柵電壓為零的時候，溝道中存 在很少的可自由移動電荷，在源漏電極上施加電壓后得到的電流很小，只有當施加較大的 柵電壓后溝道中才能產生較多的自由載流子，從而產生較大的電流。后者在柵電壓為零的 時候，溝道中存在著不少的自由載流子，在源漏電極上施加電壓就能得到不小的電流，只有 施加一個相反符號的電壓才能使得溝道中的可自由移動的電荷濃度降到最低，從而使溝道 中的電流減小到最小。可以看出增強型的有機場效應晶體管具有很低的靜態功耗。由于根 據實際需求，這兩種類型的有機場效應晶體管都有其相應的用途。因此如何調節閾值電壓， 使有機場效應晶體管在這兩種類型中轉化一直是有機場效應晶體管研究的一項重要內容。目前，主要的調制方法是在加工過程中通過改變有機場效應晶體管的尺寸參數， 通過界面修飾改變薄膜結構，改變薄膜的沉積條件，選用不同的介質材料，采用雙柵電極結 構等技術，這些技術要么增加功能難度，要么使得有機場效應晶體管結構變的復雜，并且閾 值電壓的調制自由度很低，調制固定后就不能再進行改變，因此具有很大的局限。
發明內容
針對相關技術中通過改變有機場效應晶體管尺寸調制閾值電壓十分復雜問題而 提出本發明。為此，本發明的主要目的在于提供一種有機場效應晶體管閾值電壓的調制方 法，以解決上述問題至少之一。鑒于上述，本發明提供了一種有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法，該方法包 括提供有機場效應晶體管；根據所需閾值電壓利用光源輻照有機場效應晶體管的有機半 導體層；對有機場效應晶體管施加電壓脈沖；經過預定時間后先后或同時撤銷電壓脈沖與 光源。其中，光源包括可見光源、紅外光源、紫外光源中的至少一種。其中，閾值電壓小于所述電壓脈沖。其中，預定時間與光源的強度成反比，并且由有機半導體層的材料中載流子的遷移速度決定。其中，有 機場效應晶體管包括絕緣襯底；位于絕緣襯底上的柵電極，柵電極覆蓋 絕緣襯底的部分區域；覆蓋絕緣襯底和柵電極的柵介質層；位于柵介質層上的源電極、漏 電極；有機半導體層，有機半導體層位于柵介質層和源電極、漏電極上方或者有機半導體層 位于柵介質層與源電極、漏電極之間。其中，絕緣襯底包括具有絕緣薄膜的硅片、玻璃和塑料中的一種。通過本發明的上述技術方案，采用光源輻照與電壓脈沖相結合，可以解決目前的 有機半導體場效應管的調制方法復雜，自由度地的問題，并且調制后有機場效應晶體管的 閾值電壓可以保持較長時間，該方法自由度大，易于調整有機場效應晶體管。本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明 書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
圖1為根據本發明實施例的有機場效應晶體管的結構圖；圖2為根據本發明實施例的一種有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法的流程 圖；圖3為根據本發明第一優選實施例的脈沖調制結果的曲線圖；圖4為根據本發明第二優選實施例的脈沖調制結果的曲線圖。
具體實施例方式功能概述在本發明實施例中，提供了一種調制有機場效應晶體管的閾值電壓方案，在該實 現方案中，通過采用光源對有機場效應晶體管進行輻照，在對其施加電壓脈沖，調制該有機 場效應晶體管的閾值電壓。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。根據本發明的實施例，提供了一種有機場效應管的閾值電壓的調制方法。在描述 該方法之前，首先描述用于實施該方法的優選的有機場效應晶體管。如圖1所示，該有機場效應晶體管可以是頂接觸式結構，也可以是底接觸式結構。 具體的，該有機場效應晶體管包括絕緣襯底11，絕緣襯底包括但不限于生長有絕緣薄膜的 硅片、玻璃和塑料薄膜；位于絕緣襯底11上的柵電極12，柵電極12覆蓋絕緣襯底11的部分 區域，柵電極12的材料包括但不限于金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵、鉻金屬導電材料和聚3， 4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)導電有機物；覆蓋絕緣襯底11和柵電極12 的柵介質層13，柵介質層13的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鉭、 氧化鉿無機介質材料和聚酰亞胺(PI)、聚乙烯砒硌烷酮(PVP)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA)、 聚對二甲苯(parylene)有機介質材料；位于柵介質層13上的源電極14和漏電極15，其材 料包括但不限于金、鉬、銀、銅、鎳、鋁、鈦、鐵、鉻金屬材料和PEDOTPSS導電有機物；有機半 導體層16位于柵介質層13與源電極14、漏電極15之間，有機半導體層的材料包括但不限于，并五苯、酞菁銅(CuPc)、聚3-己基噻吩(P3HT)、噻吩和紅熒稀有機半導體材料。當然， 有機半導體層16也可以位于柵介質層13和源電極14、漏電極15上方，在此不對其做限制。 采用光源對有機場效應晶體管進行輻照，在柵電極連接電壓脈沖發生裝置。圖2為根據本發明實施例的一種有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法的流程 圖，如圖2所示，本方法包括如下步驟步驟202，提供有機場效應晶體管，該有機場效應晶體管如上所述；步驟204，根據所需閾值電壓利用光源輻照有機場效應晶體管的有機半導體層；步驟206，對有機場效應晶體管施加電壓脈沖；步驟208，經過預定時間后先后或同時撤銷電壓脈沖與光源。其中，光源可以是可見光、紫外光或紅外光，可見光可以是白光或單色光。電壓脈 沖作用過程必須在持續光輻照的情況下進行，光照與電壓脈沖可以同時撤銷或者先撤銷電 壓脈沖后撤銷光照。同時，一般情況下，閾值電壓小于所述電壓脈沖。同時，預定時間與光 源的強度成反比，并且由有機半導體層的材料中載流子的遷移速度決定。利用該方法，調制的自由度大，可以對有機場效應晶體管的閾值電壓的符號和數 值隨意調整，可重復性較高，并且多次調制的結果偏差比較小。同時，該方法可控性高，并且 不受有機場效應晶體管的材料、結構限制，也無需增加額外的工藝，在有機場效應晶體管制 備好之后便根據實際需要對其調制，調制過程中不會損傷有機場效應晶體管。現說明根據本發明第一優選實施例和第二優選實施例。為測試目的，實施例中所 采用的晶體管為頂接觸式結構，重摻雜的單晶硅作為柵電極，原子層沉積制備的30nm氧化 鋁作為柵介質層，真空熱蒸發沉積的50nm的并五苯薄膜作為有機半導體層，電子束蒸發沉 積的50nm的金薄膜作為源、漏電極。第一優選實施例本實施例中，采用電壓脈沖寬度固定，幅度變化的方式對對有機場效應晶體管進 行輻照，調節其閾值電壓。采用白光作為光源，電壓脈沖寬度為300s，在持續300s的白光照 射下，使用不同幅度的電壓脈沖施加到有機場效應晶體管，可以將有機場效應晶體管的脈 沖從-2V調整到6V。如圖3所示，利用柵源電壓與漏電流之間的關系進行說明。初始時， 該有機場效應晶體管的閾值電壓約為2V，源漏電壓Vds = -3V，而后在光源輻照的條件下，對 柵電極施加Vpulse = -6V的電壓脈沖，使得有機場效應晶體管的閾值電壓調節為0V，隨后在 施加Vpulse = -9V的電壓脈沖，使得閾值電壓調節為-2V，此時，有機場效應晶體管的為增強 型有機場效應晶體管。對有機場效應晶體管施加Vpulse= IV的電壓脈沖，使其閾值電壓恢 復到IV，此時，有機場效應晶體管轉變為耗盡型。隨后，繼續對有機場效應晶體管施加Vpulse =3V, Vpulse = 5V, Vpulse = 7V的電壓脈沖，其閾值分別被調節到2. 5V、4. 4V、6V。第二優選實施例本實施例中采用的晶體管結構域第一優選實施例的相同。采用白光作為光源。本 實施例中，采用電壓脈沖幅度不變而寬度改變的方式對有機場效應晶體管進行輻照，調節 器其閾值電壓。首先，采用-6V的電壓脈沖，將有機場效應晶體管的閾值電壓調節到0V，源 漏電壓Vds = -3V，而后采用3V的電壓脈沖對柵電極發生作用，通過調整電壓脈沖的寬度使 得其達到不同的閾值電壓，并且每次使用3V電壓脈沖作用后再采用-6V的電壓脈沖使得有 機場效應晶體管的電壓恢復到相同位置。如圖4所示，利用柵源電壓與漏電流之間的關系進行說明。 采用4S、10S、20S、50S、70S、100S和300s的脈沖可以使得該有機場效應晶體管 的閾值電壓分別從OV達到0. 3V、1. 6V、2V、2. 3V、2. 4V、2. 5V和2. 6V。從中可以看出作用時 間越長，閾值電壓的調制幅度越大，但是超出一定時間后，調制效果會越來越不明顯。由此 可以看出，采用不同時間寬度的脈沖作用可以調制有機場效應晶體管的閾值電壓。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法，其特征在于，所述方法包括 提供有機場效應晶體管；根據所需閾值電壓利用光源輻照所述有機場效應晶體管的有機半導體層； 對所述有機場效應晶體管施加電壓脈沖； 經過預定時間后，先后或同時撤銷電壓脈沖與光源。
2.根據權利要求1所述的調制方法，其特征在于，所述光源包括可見光源、紅外光源、紫 外光源中的至少一種。
3.根據權利要求2所述的調制方法，其特征在于，所述閾值電壓小于所述電壓脈沖。
4.根據權利要求3所述的調制方法，其特征在于，所述預定時間與光源的強度成反比，并 且由有機半導體層的材料中載流子的遷移速度決定。
5.根據權利要求1所述的調制方法，其特征在于，所述有機場效應晶體管包括 絕緣襯底；位于絕緣襯底上的柵電極，所述柵電極覆蓋絕緣襯底的部分區域； 覆蓋所述絕緣襯底和所述柵電極的柵介質層； 位于所述柵介質層上的源電極、漏電極；有機半導體層，所述有機半導體層位于柵介質層和所述源電極、漏電極上方或者所述 有機半導體層位于所述柵介質層與所述源電極、漏電極之間。
6.根據權利要求5所述的調制方法，其特征在于，所述絕緣襯底包括具有絕緣薄膜的硅 片、玻璃和塑料中的一種。
全文摘要
本發明提供了一種有機場效應晶體管閾值電壓的調制方法，該方法包括提供有機場效應晶體管；根據所需閾值電壓利用光源輻照有機場效應晶體管的有機半導體層；對有機場效應晶體管施加電壓脈沖；經過預定時間后先后或同時撤銷電壓脈沖與光源。通過本發明的上述技術方案，解決了目前的有機半導體場效應管的調制方法復雜，自由度低的問題，并且調制后有機場效應晶體管的閾值電壓可以保持較長時間，該方法自由度大，易于調整有機場效應晶體管。
文檔編號H01L51/40GK102104113SQ200910311849
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者劉明, 商立偉, 姬濯宇 申請人:中國科學院微電子研究所