近日，微電子所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在有機(jī)分子晶體器件的載流子輸運(yùn)研究方向取得重要進(jìn)展。

相比于傳統(tǒng)基于無序半導(dǎo)體材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中摻雜引起的缺陷鈍化（trap-healing）現(xiàn)象，由有序單晶電荷轉(zhuǎn)移界面制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管不僅整體電導(dǎo)、遷移率高，還具有跨導(dǎo)不依賴于柵壓的電學(xué)特性，這表明遷移率的提高不僅取決于trap-healing效應(yīng)，還存在其他影響電學(xué)性能的機(jī)制。

針對(duì)此問題，微電子所劉明院士團(tuán)隊(duì)制備了基于p型和n型有機(jī)分子構(gòu)成的單晶電荷轉(zhuǎn)移界面的晶體管器件，探究了電荷轉(zhuǎn)移界面以及柵氧界面電場(chǎng)的相互作用對(duì)晶體管工作時(shí)載流子及電導(dǎo)分布特性的影響。相較于界面，單晶體內(nèi)的缺陷態(tài)減少3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，這意味著更小的散射概率和更高的器件遷移率。通過開爾文探針顯微鏡對(duì)表面電勢(shì)的柵壓依賴性表征和二維數(shù)值仿真，證實(shí)電荷轉(zhuǎn)移界面的內(nèi)建電場(chǎng)與柵氧界面電場(chǎng)發(fā)生有效耦合，提高了載流子體傳輸比例，減少了界面無序因素對(duì)載流子傳輸?shù)南拗谱饔?，大幅度提升了器件的跨?dǎo)。

該研究以題Surface Doping Induced Mobility Modulation Effect for Transport Enhancement in Organic Single Crystal Transistors發(fā)表在Advanced Material（先進(jìn)材料，https://doi.org/10.1002/adma.202205517）雜志上。微電子所博士研究生單宇為第一作者，李泠研究員、王嘉瑋副研究員為通訊作者。

該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題、國(guó)家自然科學(xué)基金及中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項(xiàng)目的支持。

圖一：電荷轉(zhuǎn)移晶體管的遷移率調(diào)制效應(yīng)的原理圖

圖二：利用掃描開爾文探針顯微鏡對(duì)電荷轉(zhuǎn)移界面的表面電勢(shì)的表征分析

審核編輯 ：李倩