H0068ANLT

   在不同栅电压作用下,场效应晶体管中金属、绝缘层和半导体界面的能级,通常存在三种情形:①当栅电压为零时,因为没有电场的重新分布,在电极和活性物质之间没有电荷的传输,金属和半导体的真空能级是相同的,此时为平直能带情形;②当栅极加载负电压时,器件内与源漏连线垂直方向将产生指向栅极的电场。同时在绝缘介电层的两侧产生极性相反数目相等的电荷,形成偶电层,如图3,3o)所示。其中绝缘体内,靠近绝缘体半导体界面处带负电荷,而半导体内靠近界面处带正电荷。由此在半导体内距离界面5nm左右处产生了空穴聚集,并导致了半导体VB和CB能级在绝缘层附近向上弯曲。这些聚集的空穴可以在源漏电压的驱动下,产生定向移动,形成电流,这是p型场效应晶体管的聚集工作模式;③如图3.3(c)所示,当栅电极加载正电压时,器件内部产生由栅极指向半导体层的电场,绝缘体内部产生偶电层。类似地,偶电层的产生使绝缘层内靠近半导体的一侧产生正电荷,界面附近的半导体内是负电荷,同时界面处半导体的CB和VB能级将向下弯曲。半导体内诱导出来的负电荷导致p型半导体内的主载流子空穴的耗尽,这是场效应晶体管的耗尽模式。②和③两种情形,都是由于栅极电压的加载,产生垂直电场,使金属与半导体的界面存在偶极矩和偶极层,实际真空能级产生了移动(即金属和有机物的真空能级不再处于同一个位置),界面处半导体层能级也由此向上或者向下移动,形成能带弯曲。场效应晶体管工作时,真空能级移动大小取决于界面间偶极矩的大小,因此它主要取决于器件绝缘层的介电特性及所加载的栅电压大小。

当场效应晶体管工作时,如果所加载的栅电压使器件处于聚集模式,如图3.“a),半导体沟道内存在可以移动的电荷。当在源与漏极之间施加一定 在漏电压加载下电压时,半导体沟道内将产生电流,其大小与源漏电压有关。而当所加载的栅极电压使器件处于耗尽模式时,如图3《b),半导体沟道内没有可以移动的电荷。当在源与漏之间加载电压,几乎不能产生电流。因此,基于聚集模式工作的场效应晶体管中栅电压的加载使器件由关至开;而基于耗尽模式工作的场效应晶体管,栅电压的加载使器件由开变成关。无机场效应晶体管由于半导体内部存在自由载流子,其工作模式既可以是聚模式,也可以是耗尽模式;雨对于有机场效应晶体管,由于有机半导体本身不存

在自由载流子,载流子的来源依靠接触界面注人,因此绝大多数有机场效应晶体管都工作于聚集模式。

    图3,4 场效应晶体管的聚集模式与耗尽模式

   由于栅电极的加载,使场效应晶体管中产生的导通和绝缘两种状态:(a)聚集模式和lb)耗尽模式。聚集模式下,加载栅电压,沟通内产生载流子;耗尽模式下,加载栅电压,沟道内的载流子耗尽。因此,聚集模式下的导通状态是加载栅电压;耗尽模式的导通状态是不加载栅电压,由于有机材料是注人型半导体,不加载栅电压没有载流子存在,此时既使施加源漏电压也不会导通,因此有机场效应晶体管不能工作在耗尽模式下