功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的案例
天津大學(xué):基于N型二維有機(jī)單晶的高性能場(chǎng)效應(yīng)晶體管和近紅外光電晶體管
【成果簡(jiǎn)介】
有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和近紅外光電晶體管因其在邏輯電路、夜視、健康檢測(cè)和紅外成像等各個(gè)領(lǐng)域都具有巨大的應(yīng)用潛力，在過去幾十年來受到了全世界眾多研究者的特別關(guān)注。通常來說，敏感度（光信號(hào)區(qū)別于暗態(tài)信號(hào)）是評(píng)價(jià)一個(gè)近紅外晶體管性能的重要指標(biāo)。為了獲得一個(gè)較高的敏感度和保證理想的晶體管行為，提高晶體管的載流子遷移率和降低暗電流通常是行之有效的方法。相較于傳統(tǒng)的無機(jī)紅外光電晶體管材料來說，π共軛有機(jī)半導(dǎo)體具有廉價(jià)、質(zhì)輕、兼容柔性制備過程和快速室溫溶液加工等眾多優(yōu)勢(shì)。然而當(dāng)前的研究瓶頸問題主要有兩點(diǎn)：1、具有場(chǎng)效應(yīng)遷移率超過1 cm2 V-1s-1 的窄帶隙近紅外材料并不多；2、窄帶隙近紅外材料因?yàn)闊峒ぐl(fā)在黑暗條件下通常較高載流子密度從而暗電流高居不下。因此，開發(fā)出同時(shí)兼具較高場(chǎng)效應(yīng)遷移率和超低暗電流的近紅外有機(jī)光電晶體管就顯得尤為重要。超薄二維有機(jī)單晶恰好具備了以上兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是長(zhǎng)程有序無晶界的單晶，有利于制備高電子遷移率的場(chǎng)效應(yīng)晶體管；二是僅有幾個(gè)分子層的超薄溝道，在閾值電壓附近可以處于完全耗盡層從而使暗電流得以降低。
近日，天津大學(xué)胡文平教授和張小濤副研究員（共同通訊作者）課題組基于本組開發(fā)的“溶液外延”生長(zhǎng)方法，成功制備了一種在830 nm近紅外波段具有很強(qiáng)的吸收的呋喃噻吩醌式樣品（TFT-CN）的N型有機(jī)二維單晶。制備出的二維晶體最大尺寸可達(dá)毫米級(jí)別而厚度僅有4.8 nm，對(duì)應(yīng)2~3個(gè)分子層。經(jīng)過粉末X-射線衍射、偏光顯微鏡、選區(qū)電子衍射等表征，證明了毫米級(jí)別的超薄TFT-CN晶體為一整塊單晶并且沒明顯有晶界的存在。以TFT-CN二維有機(jī)單晶同時(shí)作為吸光層和導(dǎo)電溝道制備而成的有機(jī)近紅外光電晶體管顯示出了非常優(yōu)異的性能。晶體管的場(chǎng)效應(yīng)電子遷移率最高為1.36 cm2 V-1s-1，平均為1.04 cm2 V-1s-1，開關(guān)比可達(dá)108。
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