采用液晶E7作为栅介质，聚异靛蓝噻吩乙烯噻吩(PII-TVT)作为半导体，利用光刻/蚀刻技术制备了漏极-源极-栅极(D-S-G)共面的有机场效应晶体管器件，并测试了晶体管性能，对液晶作为栅介质应用于有机场效应晶体管进行研究。实验结果表明，器件表现出比较特别的晶体管性能，开关比达到103。通过光学显微镜观察发现，施加栅极电压后液晶发生形变，表明栅极电压对电极上的液晶分子的取向排列有较大影响。在施加脉冲栅压时，沟道电流随着脉冲栅压时间的延长而增强。利用液晶分子在电场下发生极化和迟滞作用，可一定程度上模拟突触的刺激时间依赖性。

有机场效应晶体管(Organic field effect transistor, OFET)的非线性特性是指其输出特性曲线在较低的漏极电压下出现类似于二极管的电压电流特性曲线, 这种现象在有机场效应晶体管的实验研究中极为常见。 Simonetti等通过引入随栅极电压变化的迁移率提出了模型并成功解释了这一现象, 但实验中从器件转移特性得出的迁移率通常与栅极电压无关。本文通过引入常数迁移率对该模型进行改进, 运用改进的模型研究了影响OFET非线性特性的主要因素, 并对如何更加准确地获得器件参数进行了探究。

采用有限元方法, 借助多物理场软件COMSOL模拟了底栅顶接触结构有机场效应晶体管电位和载流子浓度随源漏电压Vds的变化。模拟结果表明, 当固定栅压Vg=-10 V时, 改变Vds从0~-10 V, 对于电位分布, 从栅极到源漏电极竖直方向有渐进的变化, 而从源极到漏极的水平方向呈现由大到小明显的梯度变化。对于载流子浓度, 观察到沟道处从源极向漏极逐渐减少, 在靠近漏极的区域减少得尤为明显, 而当源漏电压等于栅极电压时, 产生夹断现象。进一步将模拟结果与实际制备的器件性能进行了对比, 模拟结果与实验数据所显示的分布趋势大体相同, 印证了模拟的合理性。由此表明, 采用模拟方法分析有机场效应晶体管的器件特性, 对于实际制备器件具有重要的指导意义。

采用溶液化的方法制备了以PMMA为绝缘层、P3HT为有源层的有机场效应晶体管。研究了P3HT有源层和PMMA绝缘层的旋涂速度对器件性能的影响。实验结果表明,当P3HT和PMMA的旋涂速度均为2 000 r/min时,器件的性能最佳。峰值场效应迁移率为6.84×10-2 cm2·V-1·s-1。结果表明,选择适当的旋涂速度是一种有效提高溶液化制备有机场效应晶体管性能的方法。

通过衬底加热和氧化钼(MoO3)修饰源漏极制备了并五苯有机场效应晶体管。研究了衬底温度和电极修饰层厚度对器件性能的影响。实验结果表明: 当衬底温度为60 ℃、MoO3修饰层为10 nm时, 器件性能获得了显著增强, 场效应迁移率由原来的3.39×10-3 cm2/(V·s)提高到2.25×10-1 cm2/(V·s), 阈值电压由12 V降低到3 V。器件性能的改善归因于: 衬底加热可以优化有源层形貌, 改善载流子传输; 而MoO3修饰层显著降低了电极与有源层之间的接触势垒, 提高了载流子的注入。因此, 衬底加热与电极修饰对于制备高性能有机场效应晶体管是不可或缺的优化手段。

采用生物材料(蛋清)作为栅绝缘层制备了基于C60为有源层的有机场效应晶体管。器件展现出了合理的电学特性, 场效应迁移率和阈值电压分别为2.59 cm2·V-1·s-1和1.25 V。有机场效应晶体管展现良好性能的原因是蛋清具有较高的介电常数及热退火后形成的光滑表面形貌。实验结果表明, 对于制备有机场效应晶体管来说, 蛋清是一种有前途的绝缘层材料。

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管, 研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示, 以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能, 器件的场效应迁移率为0.31 cm2·V-1·s-1, 阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因, 结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管, 选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。