基于肖特基结的低功耗与高增益聚合物晶体管及其集成电路应用研究

Conjugated polymers represented by donor-acceptor (D-A) copolymers recently made great progress in making high-performance organic devices. However, non-ohmic contacts, high operating voltage, and high power consumption severely delayed their commercialization.A late report [Science 354, 302 (2016)] on subthreshold Schottky-barrier transistors, however, provided an ideal solution to those challenges. Compared with the In-Ga-Zn-O employed in that report, D-A polymeric semiconductors possess several unique advantages in achieving this low power consumption and high gain transistors. Therefore, we are going to use solution-processed high-performance D-A polymers to realize subthreshold Schottky-barrier polymer transistors. In this project, we will systematically conduct a quantitative analysis of the Schottky barrier formed between electrode and D-A polymer to find out the highest values, and then the barrier modulation via the gate voltage will be investigated too in order to maximize device performance. Through optimizations of device architecture and fabrication processes, one can stably make high-performance subthreshold Schottky-barrier polymer transistors. Exploring the charge transport in D-A conjugated polymer transistors. It is reasonable to believe that this research will open up a fresh route to realization of organic electronics.

近来以施主-受主(D-A)共轭聚合物为代表的有机半导体及器件取得了一系列突破性的进展，然而非欧姆接触、高工作电压和高能耗却严重制约了其实用化进程。最近关于深亚阈肖特基晶体管的报道[Science 354, 302 (2016)]提供了一个很好的解决方案。相对于报道中利用的氧化铟镓锌，D-A聚合物半导体更容易实现这种新型低功耗和高增益器件。在本项目中，我们将采用溶液法制备高性能D-A聚合物半导体实现深亚阈肖特基高分子晶体管。在此研究项目中，我们将系统定量地分析电极与聚合物半导体界面的肖特基结以寻找高的势垒，并研究栅极电压对该势垒的有效调控以达到最佳性能。通过对器件结构和制备工艺的系统优化，将制造出稳定且高性能的低功耗高增益晶体管。系统研究D-A聚合物晶体管的电荷传输机制。该项目的开展，将为有机电子学的发展开辟一条新的路径。

近来以施主-受主(D-A)共轭聚合物为代表的有机半导体及器件取得了一系列突破性的进展，然而非欧姆接触、高工作电压和高能耗却严重制约了其实用化进程。最近关于深亚阈肖特基晶体管的报道提供了一个很好的解决方案。相对于报道中利用的氧化铟镓锌，D-A聚合物半导体更容易实现这种新型低功耗和高增益器件。在本项目中，我们采用溶液法制备了高性能D-A聚合物半导体实现高性能聚合物晶体管，研究了不同金属底电极(Au，Ag，Cu和Ni)对IDT-BT共轭聚合物晶体管电学性能的影响。由于金属功函数的不同，接触电极和半导体沟道会形成不同的肖特基势垒。系统研究了不同接触电极对聚合物晶体管接触电阻、载流子迁移率和肖特基势垒的调控作用，并提出有效提取聚合物薄膜晶体管迁移率的办法。系统研究了不同半导体沟道厚度对聚合物晶体管(DPPT-TT和IDT-BT)接触电阻和载流子迁移率的调控作用。发现了器件迁移率、阈值电压、亚阈值摆幅和接触电阻与半导体沟道厚度的变化规律，为肖特基势垒调控提供了良好的参考。在本项目资助下，项目组共发表标注项目资助号的SCI检索论文4篇(其中，中科院一区3篇，二区1篇，期刊影响因子大于10的论文2篇)，包括2篇Advanced Materials和1篇Physical Review Applied。已申请国家发明专利4项，应邀参加国内重要学术会议1次。这些研究成果为基于新型低功耗高增益聚合物晶体管的应用提供实验依据和理论支持。.