有机场效应晶体管-2014
场效应晶体管
主要内容1. 场效应管的结构、符号与工作原理2. 场效应管的工作状态和特性曲线3. 场效应管的基本特性4. 场效应管的电路模型5-4场效应晶体管场效应晶体管概述场效应管，简称FET(Field Effect Transistor)，主要特点：(a)输入电阻高，可达107~1015 。
(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极型晶体管。
(c)体积小、重量轻、耗电省。
(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。
(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。
场效应管按结构可分为：结型场效应管（JFET ）和绝缘栅型场效应管(MOSFET )；按工作原理可分为增强型和耗尽型。
场效应管的类型N 沟道P 沟道增强型耗尽型N 沟道P 沟道N 沟道P 沟道（耗尽型）FET场效应管JFET 结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管的电路符号MOSFET 符号增强型耗尽型GS D SG D P 沟道G S DN 沟道GS D U GS =0时，没有漏极电流，U GS =0时，有漏极电流，U GS 高电平导通U GS 低电平导通需要加负的夹断电压U GS(off)才能关闭，高于夹断电压U GS(off)则导通而只在U GS >0时，能导通，低于开启电压U GS(th)截止5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理1.场效应管基本结构图5-2-22沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系：栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。
=0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。
22例5-10在Multisim 中用IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图5-4-3所示，改变V GS ，观察电压V DS 与i D 之间的关系。
场效应晶体管制备过程
场效应晶体管制备过程一、场效应晶体管是个啥？场效应晶体管可神奇啦！它就像是电路世界里的一个小魔法师呢。
它可以控制电流的流动，就像一个小门卫一样，让电流乖乖听话。
在现代电子设备里呀，到处都有它的身影，像咱们的手机、电脑啥的，要是没有它，这些设备可就没法好好工作啦。
二、制备的前期准备1. 材料的选择我们得先找好合适的材料。
比如说，硅就是一个很常用的材料。
硅就像一个乖巧的小助手，很适合用来制作场效应晶体管的基底呢。
当然啦，除了硅，还有一些其他的材料也可以用，但硅就像是大家的宠儿一样，经常被选中。
2. 设备的准备没有工具可不行哦。
我们需要像光刻机这样超级厉害的设备。
光刻机就像是一个超级精细的画笔，能在材料上画出非常非常小的图案。
还有高温炉，这个就像是一个大烤箱，能把材料加热到合适的温度，让它们发生一些奇妙的变化。
三、制备过程1. 基底制作首先要把选好的材料，比如硅，处理成合适的形状和大小，这就像是给小晶体管搭一个小舞台一样。
这个过程要很小心哦，要是不小心弄歪了或者弄坏了，后面可就麻烦啦。
2. 掺杂过程这一步就像是给小舞台上的演员们分配不同的角色呢。
我们要把一些特殊的原子掺杂到基底里，这样就能改变材料的电学性质啦。
就像给一群小蚂蚁里加了几个特别的小蚂蚁，整个蚂蚁队伍的行为就会不一样了。
3. 制作电极电极就像是小晶体管的小触角，通过它，小晶体管才能和外面的电路世界连接起来。
我们要很精细地把电极制作出来，就像给小蚂蚁做一对很精致的小钳子一样。
4. 光刻图案这一步就是让光刻机大展身手的时候啦。
我们要在材料上光刻出非常精细的图案，这些图案就决定了场效应晶体管的性能。
这就像是在小舞台上画出各种魔法阵一样，每个魔法阵都有它特殊的作用。
5. 封装过程最后呢，要把制作好的场效应晶体管封装起来，就像给小宝贝穿上一层保护衣一样。
这样可以保护它不受外界环境的影响，让它能在电路里好好地工作。
有机场效应晶体管
有机场效应晶体管
有机场效应晶体管（OECT）又称为有机金属-半导体叠层结构场效应晶
体管，它是一种新型的晶体管，利用其独特的金属-半导体叠层结构来
实现高性能的特性。
它由两个极性不同的半导体片和一个金属片构成，这三层物质的叠加使得它可以有效的运行电子信号。
有机场效应晶体管具有良好的抗干扰能力，可以有效抑制外部电磁波
对晶体管工作效果造成的干扰，大大降低噪声对电路输出信号的影响。
此外，它还具有低工作电压、低漏出电流、可调节增益带宽等优点，
这样它就可以用于微处理器、计算机系统和无线设备等多种复杂电路
的应用场合。
有机场效应晶体管的另外一个显著优势是，它耗电量低，与普通的晶
体管相比耗电量可以降低9成以上，这也是它被广泛应用的原因之一。
同时，它的封装方式也采用了更小的尺寸，可以显著减少电路板的大小，有利于减少电路外部的电磁波泄漏，也可以节省更多的空间。
总而言之，有机场效应晶体管具有高强度抗干扰、低耗电量、小封装
等特性，它有着广泛的应用前景，是推动新型电子电路的一个重要组
成部分。
它的实用性和易于使用的优势将使它能够更好的满足我们生
活中的用电需求，为未来的智能电子装置带来更多的可能性。
有机场效应晶体管的研究
ｏｇ ｎｃｆ ｌ— ｆ ｃ ｒｎ ｉ ｏ ＯＦ Ｔ ｗｉ ｈ ｒ ｈ ｒｓ ｅ ｔｈ ｓｇ ｔ ｈ ｐｄｐｏ ｅ ｓ Ｔ ｅ ｒａ ｉ ｉ ｄ ｅｆ ｔ ａ ｓｓ ｒ（ Ｅ ） ｔ ｔ ｅｂ ｉ ｔ ｏ ｐ ｃ ａ ｏ ｅｒ ｉ ｒｃ ｓ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｇ ｐ ｔ ａ
ｆ ｔ ｒ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｆＯＦ Ｔ ａ ｅａｓ ｅ ｃ ｉｅ ． ｕ ｕｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓｏ Ｅ ｒ ｌｏ ｄ ｓ ｒ ｄ ｂ
Ｋ ｙ ｒ ｓ ｏ ｇ ｎ ｃ ｓ ｍ ｉｏ ｄ ｃ ｏ ； Ｅ ｍ ｏ ｉ ｙ ｅ ｗｏ ｄ ： ｒ ａ ｉ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ Ｆ Ｔ； ｂ ｌ ｉ ｔ
摘 要 ： 在信 息技 术 高速发 展 的今 天 ， 有 广 阔应 用前景 的 有机场 效 应 晶体 管 （ｒａｉ ｆ ｌ— ｆ ｃ 具 ｏｇｎｃｉ ｄ ｅ ｅ ｔ ｅ
ｔ ｎｉｏ ． Ｅ ／ 来在 技 术上 获得 了 突飞猛进 的发展 。 文扼 要 概 述 了 ＯＦ Ｔ 的结 构 、 ｒ ｓｔｒ ＯＦ Ｔ） ａ ｓ ￣年 本 Ｅ 工作原
料导 电能 力 的有 源器 件 。有机 场 效 应 晶体 管 作 为 开
关、 存储 器 件 …， 渐成 为人 们 研 究 的热 点 。最 近 关 逐 于 有 机场 效 应 晶 体 管 中 的超 导 现 象 、 机 场 效 应 有
具 有 良好 的 电特性 ， 因此 ， 受到 了广 泛 的重 视和研 究 。
Ｓ Ｇ ｉ ＸＵＺ ｅ ｇ，Ｈ Ｏ —ｉ Ｚ ＡＮ ｕ ｊｎ， Ａ ｉ－ ｈ ｏ ＯＮ Ｌｎ， ｈ ｎ Ｚ Ａ Ｓｕ ｌｇ，Ｈ Ｇ Ｆ —ｕ ＨＵ ＮＧ Ｊｎ ｚ ａ ｎ
（ ｅ ａ ｏａｏｙｏ ｕ ｎ ｓ ｅ ｃ ｎ ｔ ａ Ｉｆｒ ｔ ｎ Ｍｉｉ ｒ ｆ ｄ ｃ ｔ ｎ Ｋ ｙ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｆ ｍｉｅ ｃ ｎ ｅａ ｄ Ｏｐｉ ｌｎｏｍａｉ ， ｎｓｙ ｏ ｕ ａ ｉ ， Ｌ ｃ ｏ ｔ Ｅ ｏ
晶体管场效应管复合管
晶体管场效应管复合管
晶体管场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种
半导体器件，具有三个电极：源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate）。
其中，源极和漏极之间的电流通过调节栅极
电压来控制。
晶体管场效应管可以分为MOSFET和JFET两种类型。
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种以金属-
氧化物-半导体结构为基础的场效应管。
它通过改变栅极电势
来调节源漏电流。
MOSFET分为N沟道MOSFET和P沟道MOSFET两种类型，根据不同的材料和结构。
JFET（结型场效应晶体管）是一种以PN结为基础的场效应管。
它通过改变栅极电势来改变沟道中电载流子的浓度，进而调节源漏电流。
复合管是指将多个晶体管结合在一起，形成一个有功能独立的整体，具有特定的功能和性能。
复合管通常包括多个晶体管、二极管、电阻等元件，通过适当的连接方式来实现指定的电路功能。
晶体管场效应管复合管是将晶体管场效应管和其他元件结合在一起，以实现特定的电路功能。
它可以通过集成电路制造工艺来实现更小尺寸和高集成度，适用于各种电子设备和系统中。
增强型场效应晶体管
Qgs
栅－漏电荷 Gate-Drain charge
Qgd
ID=50A VGS =10V （note 4，5）
JCS50N06H
- 40 90 ns - 100 210 ns - 90 190 ns - 80 170 ns - 34 45 nC - 7 - nC - 17 - nC
漏－源二极管特性及最大额定值 Drain-Source Diode Characteristics and Maximum Ratings
TJ=25℃ 4：脉冲测试：脉冲宽度≤300μs,占空比≤2％ 5：基本与工作温度无关
Notes: 1：Pulse width limited by maximum junction
temperature 2：L=0.4mH, IAS=50A, VDD=25V, RG=25 Ω,Starting
TJ=25℃ 3：ISD ≤50A,di/dt ≤300A/μs,VDD≤BVDSS, Starting
IGSSR
VDS=0V, VGS =-30V
-
- -100 nA
VGS(th)
VDS = VGS , ID=250μA
2.0 - 4.0 V
Static Drain-Source
RDS(ON)
On-Resistance
正向跨导
Forward Transconductance
gfs
动态特性 Dynamic Characteristics
- 50 - ns - 80 - μC
项目 Parameter
符号
最大 Max
单位
SymbolJCS50N06RH/VHJCS50N06CHJCS50N06FH Unit
场效应晶体管的电路符号及图片识别
场效力管英文缩写：FET(Field-effect transistor)，简称为场效力管，是一种下输进阻抗的电压统制型半导体.场效力管也是一种晶体三极管，也有三个极，分别喊源极S，栅极G，漏极D.之阳早格格创做场效力管电路标记一：场效力管的分类：1、百般场效力管根据其沟讲所采与的半导体资料，可分为N型沟讲战P 型沟讲二种.所谓沟讲，便是电流利讲.2、根据构制战工艺的分歧，场效力管分为结型战绝缘型二大类.结型场效力管的英文是Junction Field Effect Transistor，简称JFET.J FET 又分为N沟讲，P沟讲场效力管.绝缘栅型场效力管：英文是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，缩写为MOSFET，简称MOS管.MOS场效力晶体管又分为N沟耗尽型战巩固型；P沟耗尽型战巩固型四大类.3、按导电办法：耗尽型与巩固型，结型场效力管均为耗尽型，绝缘栅型场效力管既有耗尽型的，也有巩固型的.二：场效力晶体管具备如下特性：（1）输进阻抗下；（2）输进功耗小；（3）温度宁静性佳；（4）旗号搁大宁静性佳，旗号得实小；（5）由于没有存留纯治疏通的少子扩集引起的集粒噪声，所以噪声矮.三：场效力管与晶体管的比较（1）场效力管是电压统制元件，而晶体管是电流统制元件.正在只允许从旗号源与较少电流的情况下，应采用场效力管；而正在旗号电压较矮，又允许从旗号源与较多电流的条件下，应采用晶体管.（2）场效力管是利用普遍载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有普遍载流子，也利用少量载流子导电.被称之为单极型器件.（3）有些场效力管的源极战漏极不妨互换使用，栅压也可正可背，机动性比晶体管佳.（4）场效力管能正在很小电流战很矮电压的条件下处事，而且它的制制工艺不妨很便当天把很多场效力管集成正在一齐硅片上，果此场效力管四：场效力管的主要效率：1.场效力管可应用于搁大.由于场效力管的搁大器输进阻抗很下，果此耦合电容不妨容量较小，没有必使用电解电容器.2.场效力管很下的输进阻抗非常符合做阻抗变更.时常使用于多级搁大器的输进级做阻抗变更.3.场效力管不妨用做可变电阻.4.场效力管不妨便当天用做恒流源.5.场效力管不妨用做电子启闭.五：场效力管佳坏与极性判别:将万用表的量程采用正在RX1K档,用乌表笔接D极,白表笔接S极,用脚共时触及一下G,D极,场效力管应呈瞬时导通状态,即表针晃背阻值较小的位子,再用脚触及一下G,S极, 场效力管应无反应,即表针回整位子没有动.此时应可推断退场效力管为佳管.将万用表的量程采用正在RX1K档,分别丈量场效力管三个管足之间的电阻阻值,若某足与其余二足之间的电阻值均为无贫大时,而且再接换表笔后仍为无贫大时,则此足为G极,其余二足为S极战D极.而后再用万用表丈量S 极战D极之间的电阻值一次,接换表笔后再丈量一次,其中阻值较小的一次,乌表笔接的是S极,白表笔接的是D。
有机场效应晶体管和场效应晶体管
有机场效应晶体管和场效应晶体管下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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Current (I)voltage (V) characteristics, at VG
测定迁移率的公式： ID=(W/L) Ci µ (VG﹣VT)VD (linear) ID=(W/2L) Ci µ (VG﹣VT)2 (saturation)
载流子迁移率的测试方法：飞行时间法（TOF）
d
t
寡聚噻吩、硒吩衍生物
噻吩芳环寡聚衍生物
有机场效应晶体管：p型小分子材料
硫族杂稠环衍生物
有机场效应晶体管：p型小分子材料
四硫富瓦烯衍生物 含氮杂稠环衍生物
有机场效应晶体管：p型小分子材料
酞菁卟啉衍生物 其它p型小分子材料
有机场效应晶体管：n型小分子材料
含氟n型小分子材料 酸酐酰亚胺n型小分子材料
有机场效应晶体管
苏仕健 mssjsu@
华南理工大学 高分子光电材料与器件研究所
世界第一台计算机
生日：1946年2月14日 姓名：电子数值积分和计算机（Electronic Numerical Integrator And Computer，ENIAC） 父母：美国陆军军械部、美国宾夕法尼亚 大学莫尔学院 组成：17468个电子管、6万个电阻器、1万 个电容器和6千个开关，重30吨，占地160 平方米，耗电174千瓦，耗资45万美元。 运算能力：5千次加法或400次乘法运算/秒
-5
-30 V
-5
-80 V
-5
-20 V
-5
-5
-60 V
-5
-6
-10 V 0V
0.0 0 -20 -40 -60 -80
-40 V -20 V 0V
0.0 0 -10 -20 -30 Drain voltage (V) -40
-100
Drain voltage (V)
Drain current versus drain voltage as a function of gate voltage for OFETs with PTA at different substrate temperatures. (a) Tsub = room temperature; (b) Tsub = 60 oC; (c) Tsub = 80 oC
小分子TFT材料：输出曲线
(a) -100 V
-5.0x10
-6
PTA
Drain current (A)
-4.0x10 -3.0x10 -2.0x10 -1.0x10
-6
-80 V
-6
-60 V
-6
ce
Dr ai
ur
n
So
-6
-40 V -20 V
Silicon dioxide Silicon wafer
N N O
氮氧自由基衍生物
Mobility: 0.1 cm2/Vs On/off ratio: 5103
J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 13058
小分子TFT材料：分子设计
并咔唑衍生物
Adv. Mater., 2008, 20, 4835
小分子TFT材料：晶体结构
并咔唑衍生物
Drain current (A1/2)
VD = -1 V
1.0x10
-3
小分子TFT材料：分子设计
四硫富瓦烯亚酰胺衍生物 TTF
LUMO
HOMO
Adv. Mater. 2007, 19, 3037.
小分子TF酰胺衍生物 TTF
compound
1 2 DBTTF
HOMO (eV)
5.46 5.42 4.97
band gap (eV)
2.05 2.06 2.79
mobility (cm2/Vs)
0.0110.094 0.120.40 0.0010.003
on/off ratio
106108 106108 102103
dinterplanar = 3.42 Å
有机场效应晶体管：电极
Pentacene
Mobility (cm2/V.s) Ion/Ioff VT (V)
Au Ag
Cu
TC
BC
0.15
0.1
106
105
17
20
TC
BC TC BC
0.01
0.02 0.18 0.01
105
104 106 103
36
16 17 18 低成本铜电极有机场效应晶体管
有机场效应晶体管 (Organic Field-Effect Transistors)
种类多 溶液法加工 成本低 柔韧性 大面积
transistor ← trans + resistor
通过电场来调控固体材料导电能力的有源器件
有机场效应晶体管：性能评价
A. Tsumura, et. al., Appl. Phys. Lett. 1986, 49, 1210
-10
-4
0.0 2.0x10
-8
-11
0.0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1.0
0.5
Drain voltage (V)
High Mobility (0.6 cm2/Vs) Low Operating Voltage (＜1 V)
Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 242113
＋ ＋
＋ ＋
＋ ＋
＋
＋
‘关’
＋ ＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － － － －
‘开’
★高速、大开/关比 开/关比→用很小的电压实现对大电流的调控 漏电流→在‘关’状态下电流接近‘0’的程度，也会影响到开/光比 变调频率→与高速的开/关变化对应的程度，与迁移率直接关联
有机场效应晶体管：迁移率
Adv. Mater., 2008, 20, 1286
有机场效应晶体管：应用
Philips Research
Penn State Univ.
pixel drivers for active-matrix displays and detectors
Electronic paper
Radio-frequency Identification (RFID) tags
0.0 0 -20 -40 -60 -80
0V
-100
Drain voltage (V)
(c)
-2.5x10
-5.0x10
-5
-5
-40 V
(b)
-100 V
Drain current (A)
-2.0x10 -1.5x10 -1.0x10 -5.0x10
-5
Drain current (A)
-4.0x10 -3.0x10 -2.0x10 -1.0x10
8.0x10 6.0x10 4.0x10 2.0x10 0.0 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 Gate voltage (V) -2.0
-4
-1.0x10 -8.0x10 -6.0x10 -4.0x10 -2.0x10
10 10 10 10
-8
-4
-0.8 V
-9
-4
-0.6 V -0.4 V -0.2 V 0V
On/off ratio 103105 102105 102103 -
Grain sizes (μm2) 0.3 × 0.6 0.8 × 1.0 0.8 × 2.5 -
J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 13281
小分子TFT材料：分子设计
并三噻吩衍生物
小分子TFT材料：输出曲线
HO OH HO
OH OH HO OH HO
poly(vinyl alcohol) (PVA)
小分子TFT材料：输出曲线
并三噻吩衍生物
-1.4x10 -1.2x10
Drain current (A)
-7 -7 -7 -8 -8 -8 -8
10
-1 V
-6
10
Drain current (A)
-7
有机场效应晶体管：材料设计思路
• 大的π-共轭分子 • 平面结构 • 强的ππ 相互作用 • 易结晶
常见分子堆积结构
鱼骨状堆积
层状堆积
有机场效应晶体管：高分子材料
Polythiophene
有机场效应晶体管：p型小分子材料
p型稠环芳香烃
单键衍生p型稠环芳香烃
不饱和键衍生p型稠环芳香烃
有机场效应晶体管：p型小分子材料
Quasi-planar structure with a small dihedral angle of 2.56o 3.378 Å co-facial stacking Alkyl-alkyl close contacts (2.3012.331 Å, H-to-H) FH hydrogen bonds (2.5652.2.600 Å) These intermolecular interactions facilitate charge transport.
0
10 10
Gate voltage (V)
-I (A) D
1/2
Transfer characteristic, at Vds
Threshold Voltage
有机场效应晶体管：顶接触和底接触
Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 1489
有机场效应晶体管：顶接触和底接触
Acc. Chem. Res., 2009, 42, 1573
dSO = 3.16 Å, dS-S = 3.80 Å