OTFTOrganische Dünnfilmtransistoren

elektronische Eigenschaften

Ein Vortrag von G. Schinner

Überblick:

1. MOSFET2. Strom - Spannungs - Charakteristik 3. Leitungsmechanismus und Mobilität4. Low-voltage organic transistors with

an amorphous moleculargate dielectric

Aufbau des MOSFET

Band Diagramm

Akkumulation

Depletion

Inversion

Funktionsweise des MOSFET

Kennlinie des MOSFET

Herleitung der Strom -Spannungs - Charakteristik

σ = neµ µ = const ==> g ~ Q ~ VQ = C*( VG - VT - V )g(V) = WµQ(V) / L ==> dR(V) = dy / [ g(V)L ]

dV = ID*dR==> Q(V)dV = ID/ ( Wµ ) dy V = 0 .. VD ; y = 0 .. L

LadungstransportTransportmechanismen:a) Bandtransport (µ > 10 cm²/Vs): delokalisierte e- in Bändern bei starker

WW zwischen den Atomen und hoher Periodizität b) Hopping (µ < 0.1 cm²/Vs): phononenunterstützen Tunnel-Transport c) polaronischer Transport: bei starker e-- Phonon WW( = Polaron ),

Energieminimierung durch Deformation des Gitters LP bzw. des Moleküls MP, e- bewegt sich mit PhononenwolkeMP: µ ~ T-n LP: µ~ exp(-E/kT)

Mobilitätj = σEj = nev v = eEτ/m*σ = ne²τ/m* = enµ

µ = eτ/m*µ = v/E [µ] = cm²/Vs

MobilitätWLAN

µ(Pentacene) maximal:3 cm²/Vs

µ(HL) ~ 1000 µ(OHL)niedrige

Schaltgeschwindigkeit

Bandtransportµ ~ T-n

n = 2.7

Temperaturabhängigkeit der Mobilität

Nicht reproduzierbarOft beobachtet µ(T) = const

Temperaturabhängigkeit der Mobilität für den HoppingTransport in einem amorphen Pentacene TFT

lnµ ~ 1/T

µ(Vg)

µ = µ0exp(-Ea/kT)

Organic thin film transistors

Organischer p - Typ HL ( Pentacene ) VG > 0: Depletion ==> hoher Kanalwiderstand (off) VG < 0: Akkumulation ==> Kanal leitend (on) Ion/Ioff = 106

OTFTVT = -22V

µlin = 0,8 cm²/Vs ; µsat = 1,0 cm²/Vs

Probleme: 1. Sehr hohe Spannungen ( >20V ) 2. Sehr kleine Mobilität ( < 10 cm²/Vs)

Lösungen: 1. Erhöhung der kapazitiven Kopplung C = εεοA/d• Erhöhung von ε• Verringerung von d

2.1 Erhöhung der intermolekularen Kräfte zwischen nächsten Nachbarn

2.2 Intramolekularen Transport: Das Elektron fließt von S nach D in einem Molekül ( z.B. in carbon nanotubes µ ~ 100cm²/Vs

Low-voltage organic transistors with an amorphous moleculargate dielectric

SAM aus einer Lösung oder durch AufdampfenSAM untersucht mit AFM und STM: Molekular

flach, keine Löcher und nur Nahordnung

Charakteristika des OTFT mit SAMID - VD IG , ID - VG

VT = -1,3V ==> Batteriebetrieb µ(VG = -2,5V) = 1cm²/Vs ID = 40 000 IG

Charakteristika des Kondensators Si-SAM-Au

• Sehr kleine Leckströme IG

• IG vergrößert durch Eindringen von OHL ==> Oberflächenrauheit• Durchbruchspannung und Leckströme gleich bzw. besser als SiO2

• Chemische Behandlung schädigt SAM nicht ==> Anwendung CMOS

Charakteristika des Kondensators Si-SAM-Au

Charakteristika des OTFT mit SAM

ID - VD

IG , ID - VG G - VG

VT = -0,7V

Zusammenfassung

• MOSFET: Leitende Inversionsschicht I-V-Kennlinie:

• Ladungsträgertransport in OHL hauptsächlich Hopping µ = 3cm²/Vs

• OTFT: Leitende AkkumulationsschichtI-V analog MOSFET

• Verbesserung der OTFT durch erhöhte kapazitive Kopplung (SAM) ==> 2V

• SAM: Chemisch stabil und minimale Leckströme