有機場效應晶體管（OFET）知識介紹

有機場效應晶體管（Organic Field-Effect Transistor, OFET）是一種采用有機半導體材料作為活性層的場效應晶體管。與傳統(tǒng)硅基FET不同，OFET具有柔性、可溶液加工、低成本等優(yōu)勢，在柔性電子、可穿戴設備、生物傳感器等領域具有重要應用前景。

1. OFET的基本結構與工作原理

（1）基本結構

OFET由三個主要電極和有機半導體層組成：

• 源極（Source, S）：載流子注入端

• 漏極（Drain, D）：載流子收集端

• 柵極（Gate, G）：通過施加電壓調(diào)控溝道導電性

• 有機半導體層（OSC）：導電溝道（如并五苯、P3HT等）

• 介電層（Dielectric）：隔離柵極與半導體（如SiO?、聚合物等）

常見結構：

• 底柵頂接觸（BGTC）：柵極在下，源漏極在上（常見）。

• 頂柵底接觸（TGBC）：柵極在上，源漏極在下。

• 柔性OFET：采用PET、PI等柔性基底。

（2）工作原理

OFET的工作機制與MOSFET類似，基于柵極電壓調(diào)控溝道電導：

1. 未加柵壓（V_G = 0）：有機半導體呈高阻態(tài)，漏極電流（I_D）極小。

2. 施加柵壓（V_G ≠ 0）：

   • 對于p型OFET（空穴導電），負柵壓（V_G < 0）吸引空穴，形成導電溝道。

   • 對于n型OFET（電子導電），正柵壓（V_G > 0）吸引電子，形成導電溝道。

3. 漏極電流（I_D）：在漏源電壓（V_D）驅動下，載流子從源極流向漏極。

2. 有機半導體材料

（1）p型材料（空穴傳輸）

• 小分子：并五苯（Pentacene）、酞菁銅（CuPc）

• 聚合物：P3HT（聚3-己基噻吩）、PEDOT:PSS

（2）n型材料（電子傳輸）

• 小分子：C₆₀、PTCDI（苝二酰亞胺）

• 聚合物：N2200（聚萘二酰亞胺）

（3）雙極型材料

• 同時傳輸空穴和電子，如DPP類聚合物。

   3. OFET的制備工藝

1. 基底清洗：玻璃、硅片或柔性聚合物（PET、PI）。

2. 電極制備：

   • 金屬電極（Au、Ag、Al）通過蒸鍍或印刷（噴墨、絲網(wǎng)）。

   • 透明電極（ITO、PEDOT:PSS）。

3. 介電層沉積：

   • 無機介電質（SiO?、Al?O?）。

   • 聚合物介電質（PMMA、PVP）。

4. 有機半導體層：

   • 真空蒸鍍（小分子）。

   • 溶液法（旋涂、噴墨打印、刮涂）。

    4. OFET的應用領域

5 OFET的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

• 柔性可彎曲：適用于可穿戴設備。

• 低成本：溶液加工（如印刷電子）降低制造成本。

• 大面積制備：適合卷對卷（R2R）生產(chǎn)。

• 生物兼容性：可用于植入式醫(yī)療設備。

缺點：

• 遷移率較低：比硅基FET低1~3個數(shù)量級。

• 環(huán)境穩(wěn)定性差：易受氧氣、水分影響（需封裝）。

• 均勻性挑戰(zhàn)：溶液法制備的薄膜均一性較難控制。