[发明专利]双栅极场效应晶体管和生产双栅极场效应晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双栅极场效应晶体管，包括第一和第二电介质层、第一和第二栅电极以及由至少一个源电极、至少一个漏电极和至少一个有机半导体构成的组件，其中源电极和漏电极与半导体接触，组件位于第一电介质层和第二电介质层之间，第一电介质层位于第一栅电极和组件第一侧之间，第二电介质层位于第二栅电极和组件第二侧之间。

背景技术

文献US 2004/0029310A1公开了一种有机场效应晶体管(OFET)，包括上下绝缘体层、两个栅电极以及由源电极、漏电极和有机半导体构成的组件，其中源电极和漏电极与半导体接触。所述组件位于所述上下绝缘层之间，所述上绝缘层位于第一栅电极和组件之间，第二电介质层位于第二栅电极和组件之间。有机场效应晶体管在源电极和漏电极之间实现了多个独立的电流沟道，电流沟道的长度小于一微米(＜1μm)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双栅极场效应晶体管，其特征在于通过调节施加到第一栅电极和/或第二栅电极的偏压可调节特性曲线。

为了实现这个目的，所述有机半导体为有机双极性传导半导体，其在所述组件的第一侧实现至少一个电子注入区域并在第二侧实现至少一个空穴注入区域。这种场效应晶体管为有机双极性传导半导体之内的相反电荷极性的载荷子(电子和空穴)实现两个载荷子沟道，用于双极性电输运。沟道，即电子输运沟道(n沟道)和空穴输运沟道(p沟道)从源电极延伸到漏电极。载荷子沟道优选是横向分层的载荷子沟道。在组件的第一侧和第二侧之间形成pn结。双栅极场效应晶体管适于产生垂直于载荷子沟道的额外电流分量，所述电流分量取决于施加到栅电极的电压。由于相反电荷极性的载荷子(再次)结合，产生该电流分量。可以通过栅电极中的至少一个的偏压控制额外电流分量的幅度。该场效应晶体管适于在不同应用中使用，例如传感器系统、存储装置和光发射装置。

有机双极性传导半导体优选是具有棒状液晶结构的有机双极性传导半导体。棒状液晶由细长，基本棒形的有机分子构成。栅电极优选包括体材料和/或电极层的电极板。

根据本发明的优选实施例，有机双极性传导半导体是有机双极性传导半导体膜。

此外，根据本发明的优选实施例，有机双极性传导半导体膜包括适于实现电子沟道的第一分层区域以及用于实现空穴沟道的第二分层区域。

根据本发明的另一优选实施例，有机双极性传导半导体膜包括适于实现电子沟道的第一层和用于实现空穴沟道的第二层。包括第一层和第二层的有机双极性传导半导体膜为有机双极性传导半导体双层。

有机双极性传导半导体膜的总厚度优选小于20nm，更优选小于10nm。半导体膜的厚度与电子注入区域和/或空穴注入区域的厚度在相同范围中。

此外，根据本发明的更优选实施例，有机双极性传导半导体膜被形成为有机半导体单层或包括有机半导体单层。有机半导体单层优选为有机双极性传导半导体单层。包括有机传导半导体单层的场效应晶体管优选是包括用于双极性传导的自组装单层(SAM)的SAMFET(自组装单层场效应晶体管)。

有机半导体单层是自发形成于衬底上的自组装单层(SAM)。所述衬底优选是栅电极之一和对应电介质层的集合体。三-氯硅烷或三-烷氧基硅烷被用作SAM的结合团。通过在水解衬底表面上与羟基进行缩合反应形成SAM。为了避免缺陷，单功能结合团是至关重要的。在自缩合作用时形成的二聚物不会干扰衬底(栅极电介质)上的自组装单层。半导体分子的核心是由α-取代五噻吩构成的噻吩核心。可以将SAM模型化为具有两个不同电子密度的双(子)层。底部子层对应于脂肪链，顶部子层对应于单层的噻吩核心。两个子层的厚度匹配成1.56nm(脂肪链)和2.06nm(噻吩核心)。这一单层的厚度因此为3-4nm。分子的横向次序是由自组装单原子层中分子之间的分子间π-π耦合导致的。

通常，源电极和/或漏电极是由同样的金属或具有不同逸出功的不同金属制成的金属电极。根据本发明的优选实施例，源电极和/或漏电极为金电极，优选为金电极层。使用常规光刻方法制造金源电极和/或金漏电极。

根据本发明的另一优选实施例，第一电介质层和/或第二电介质层为有机铁电层。因此，双栅极SAMFET作为非易失性存储器而工作。

优选地，场效应晶体管还包括至少一个透射窗口，使得能够从有机双极性传导半导体向晶体管外部区域发射光。由于有机双极性传导半导体之内电子和空穴复合导致的辐射或光可以通过这个窗口离开晶体管。