otft organische dünnfilmtransistoren elektronische ... · Überblick: 1. mosfet 2. strom -...
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OTFTOrganische Dünnfilmtransistoren
elektronische Eigenschaften
Ein Vortrag von G. Schinner
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Überblick:
1. MOSFET2. Strom - Spannungs - Charakteristik 3. Leitungsmechanismus und Mobilität4. Low-voltage organic transistors with
an amorphous moleculargate dielectric
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Aufbau des MOSFET
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Band Diagramm
Akkumulation
Depletion
Inversion
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Funktionsweise des MOSFET
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Kennlinie des MOSFET
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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
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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)
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Mobilitätj = σEj = nev v = eEτ/m*σ = ne²τ/m* = enµ
µ = eτ/m*µ = v/E [µ] = cm²/Vs
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MobilitätWLAN
µ(Pentacene) maximal:3 cm²/Vs
µ(HL) ~ 1000 µ(OHL)niedrige
Schaltgeschwindigkeit
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Bandtransportµ ~ T-n
n = 2.7
Temperaturabhängigkeit der Mobilität
Nicht reproduzierbarOft beobachtet µ(T) = const
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Temperaturabhängigkeit der Mobilität für den HoppingTransport in einem amorphen Pentacene TFT
lnµ ~ 1/T
µ(Vg)
µ = µ0exp(-Ea/kT)
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Organic thin film transistors
Organischer p - Typ HL ( Pentacene ) VG > 0: Depletion ==> hoher Kanalwiderstand (off) VG < 0: Akkumulation ==> Kanal leitend (on) Ion/Ioff = 106
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OTFTVT = -22V
µlin = 0,8 cm²/Vs ; µsat = 1,0 cm²/Vs
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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
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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
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Charakteristika des OTFT mit SAMID - VD IG , ID - VG
VT = -1,3V ==> Batteriebetrieb µ(VG = -2,5V) = 1cm²/Vs ID = 40 000 IG
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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
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Charakteristika des Kondensators Si-SAM-Au
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Charakteristika des OTFT mit SAM
ID - VD
IG , ID - VG G - VG
VT = -0,7V
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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