H0068ANLT

   在不同柵電壓作用下,場效應晶體管中金屬、絕緣層和半導體界面的能級,通常存在三種情形:①當柵電壓為零時,因為沒有電場的重新分布,在電極和活性物質之間沒有電荷的傳輸,金屬和半導體的真空能級是相同的,此時為平直能帶情形;②當柵極加載負電壓時,器件內與源漏連線垂直方向將產生指向柵極的電場。同時在絕緣介電層的兩側產生極性相反數目相等的電荷,形成偶電層,如圖3,3o)所示。其中絕緣體內,靠近絕緣體半導體界面處帶負電荷,而半導體內靠近界面處帶正電荷。由此在半導體內距離界面5nm左右處產生了空穴聚集,并導致了半導體VB和CB能級在絕緣層附近向上彎曲。這些聚集的空穴可以在源漏電壓的驅動下,產生定向移動,形成電流,這是p型場效應晶體管的聚集工作模式;③如圖3.3(c)所示,當柵電極加載正電壓時,器件內部產生由柵極指向半導體層的電場,絕緣體內部產生偶電層。類似地,偶電層的產生使絕緣層內靠近半導體的一側產生正電荷,界面附近的半導體內是負電荷,同時界面處半導體的CB和VB能級將向下彎曲。半導體內誘導出來的負電荷導致p型半導體內的主載流子空穴的耗盡,這是場效應晶體管的耗盡模式。②和③兩種情形,都是由于柵極電壓的加載,產生垂直電場,使金屬與半導體的界面存在偶極矩和偶極層,實際真空能級產生了移動(即金屬和有機物的真空能級不再處于同一個位置),界面處半導體層能級也由此向上或者向下移動,形成能帶彎曲。場效應晶體管工作時,真空能級移動大小取決于界面間偶極矩的大小,因此它主要取決于器件絕緣層的介電特性及所加載的柵電壓大小。

當場效應晶體管工作時,如果所加載的柵電壓使器件處于聚集模式,如圖3.“a),半導體溝道內存在可以移動的電荷。當在源與漏極之間施加一定 在漏電壓加載下電壓時,半導體溝道內將產生電流,其大小與源漏電壓有關。而當所加載的柵極電壓使器件處于耗盡模式時,如圖3《b),半導體溝道內沒有可以移動的電荷。當在源與漏之間加載電壓,幾乎不能產生電流。因此,基于聚集模式工作的場效應晶體管中柵電壓的加載使器件由關至開;而基于耗盡模式工作的場效應晶體管,柵電壓的加載使器件由開變成關。無機場效應晶體管由于半導體內部存在自由載流子,其工作模式既可以是聚模式,也可以是耗盡模式;雨對于有機場效應晶體管,由于有機半導體本身不存

在自由載流子,載流子的來源依靠接觸界面注人,因此絕大多數有機場效應晶體管都工作于聚集模式。

    圖3,4 場效應晶體管的聚集模式與耗盡模式

   由于柵電極的加載,使場效應晶體管中產生的導通和絕緣兩種狀態:(a)聚集模式和lb)耗盡模式。聚集模式下,加載柵電壓,溝通內產生載流子;耗盡模式下,加載柵電壓,溝道內的載流子耗盡。因此,聚集模式下的導通狀態是加載柵電壓;耗盡模式的導通狀態是不加載柵電壓,由于有機材料是注人型半導體,不加載柵電壓沒有載流子存在,此時既使施加源漏電壓也不會導通,因此有機場效應晶體管不能工作在耗盡模式下