Влияние температуры на электрические характеристики органического полевого транзистора

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _______________________________________2011, том 54, №2____________________________________

ФИЗИКА

УДК 539.21:537.31

Х.С.Каримов, академик АН Республики Таджикистан Х.М.Ахмедов, Р.Акрам*, Ф.Ахмедов**,

К.Зафар*, И.Хомидов

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Физико-технический институт им. С.У.Умарова АН Республики Таджикистан, Институт технологии и прикладных наук им.Гулам Исхак Хана, Пакистан, Научно-экпериментальное и производственное учреждение АН Республики Таджикистан

Исследовано влияние температуры на вольт-амперные характеристики органического полевого транзистора на основе фталоцианина меди. Показано, что сопротивление канала между истоком и стоком транзистора уменьшается с увеличением температуры, что может быть связано с ростом поперечного сечения канала и его электропроводности.

Ключевые слова: транзистор - вольт-амперная характеристика - органический полупроводник -сопротивление - электропроводность.

Исследование органических полупроводников представляет интерес как с точки зрения изучения физических явлений в них, так и создания сравнительно дешевых приборов, таких как датчики, транзисторы, солнечные элементы и светодиоды [1,2]. В [3] нами было изучено влияние температуры на вольт-амперные характеристики фотоэлектрического датчика на основе фталоцианина меди (CuPc) и арсенида галлия (GaAS). В данной работе приведены результаты исследования влияния температуры на выходные характеристики органического полевого транзистора (ОПТ).

Для изготовления ОПТ использовался органический полупроводник CuPc, приобретенный у фирмы Sigma Aldrich. Тонкие пленки CuPc толщиной 40 мм наносились методом вакуумного испарения на подложку из стекла, на которые в свою очередь предварительно были нанесены плёнки серебра толщиной 50 нм. Пленки CuPc испарялись со скоростью 0.2 nm/сек в вакууме 10-4 Ра при температуре 500°С. На пленку CuPc наносилась вакуумным испарением пленка алюминия. Для этого использовалось оборудование Edwards AVTO 306. Температура подложки была равна 40°С в процессе изготовления ОПТ. На рис. 1 приведена схематическая конструкция ОПТ.

Данный полевой транзистор относится к транзисторам с переходом «металл - полупроводник» (или переходом Шоттки) нормально открытого типа [4] (рис. 2).

Электрические характеристики ОПТ исследовались в интервале температур 27... 127°С на установке Keithley SMU 236, связанной с компьютером, в котором использовалась программа Labview 2009. Для температурных измерений использовалась криогенная система Janis с регулятором температуры LaKeshove 331. Температура измерялась с погрешностью ±1°C.

Адрес для корреспонденции: Ахмедов Хаким Мунаваррович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/1, Физико-технический институт АН РТ. E-mail: khakim48@mail.ru

Рис.1. Схема конструкции ОПТ (8 - исток, в - затвор, Б - сток).

Рис.2. Электронная структура ОПТ (стрелка указывает направления тока между истоком и стоком; штриховой

линией показана обеднённая носителями тока область).

40

35 30 25 ^ 20 15 10 5 0

//'

у

1

*****

2 4 и, V 6 8 10

Рис.3. Выходные характеристики органического полевого транзистора при различных температурах:

27 (1), 57 (2), 87 (3) и 127°С (4).

На рис. 3 приведены выходные характеристики ОПТ в линейной области при различных температурах (27, 57, 87 и 127оС) и разомкнутом затворе (в). Как видно из рис. 3, уклон характеристик возрастает с ростом температуры, что может быть связано с понижением сопротивления Я проводя-

щего канала транзистора между истоком (S) и стоком (D). На рис. 4 показана зависимость R от температуры при напряжении стока 8 В. Как видно из рис.4, сопротивление R снижается с температурой. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) равен [5]:

TKC = AR/RAT,

где AT, AR и R - величины изменения температуры, сопротивления и начальное сопротивление транзистора соответственно. Было вычислено, что ТКС(27оС)=-1.1% оС, что соизмеримо с ТКС полупроводниковых терморезисторов [5].

Рис.4. Зависимость сопротивления органического полевого транзистора между истоком (8) и стоком (Б) от

температуры.

Как известно, сопротивление (Я) материалов определяется следующим выражением:

Я=Ь/о 8,

где Ь,о и 8 - расстояние между электродами, проводимость и площадь поперечного сечения образцов. В данном случае сопротивление проводящего канала между истоком и стоком может снижаться вследствие увеличения поперечного сечения канала транзистора и/или электропроводности полупроводника (СиРс). Для объяснения процесса электропроводности может использоваться перескоковый механизм переноса носителей заряда, осуществляемый перколяцией из одного участка к другому. В перколяционной теории средняя проводимость определяется следующим образом [6]:

о=1/12,

где I и X - характеристическая длина перескока носителей и сопротивление переходу носителей из одного участка к другому. По-видимому, с температурой снижается I и 2, что соответственно приводит к росту электропроводности.

Таким образом, исследование влияния температуры на электрические характеристики органического полевого транзистора, изготовленного на основе фталоцианина меди, показало, что сопро-

тивление канала между истоком и стоком транзистора снижается с температурой, что может быть связано с ростом поперечного сечения канала и его электропроводности.

Поступило 04.01.2011 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Dimitrakopolous C.D. Maskaro D.J. - IBM. J. Rec &Dev., 2001 v. 45, №1, pp. 11-32.

2. Karimov Kh.S., Akhmedov Kh.M., Dzhuraev A.A., Klan M.N., Abrarov S.M., Fedorov M.I. - Eurasian Chem. Tech. J., 2001 v. 3-4, №2, рр. 251-256.

3. Каримов Х.С., Ахмедов Х.М., Кабутов К., Федоров М.И., Ахмед М.М., Хан М.Н., Монз С.А., Рустамбеков Т.Ц. - ДАН РТ, 2003, т. XLVI, №10, с. 60-64.

4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1983.

5. Dally J.W., Riley W.F., McConnell K.G. Instrumentation for Engineering Measurements. 2 nd Ed., John Willey & Sons Ins., New York., USA., 1993.

6. Brabec C.J., Dyakonov V., Parisi J., Sariciftci N.S. Organic photovoltaics. Concepts and realization. Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2003.

^.С.Каримов, ^.М.Ахмедов, Р.Акрам*, Ф.Ахмедов**, ^.Зафар*, ИДомидов

ТАЪСИРИ ХАРОРАТ БА ТАВСИФИ ЭЛЕКТРИКИИ ТРАНЗИСТОРИ ОРГАНИКИИ МАЙДОНЙ

Институти физикаю техникаи ба номи С.У.Умарови Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон, *Институти технология ва илмх;ои бунёдии ба номи Гулом Ис^оц Хон, Покистон, **Муассисаи илмй-тацрибавй ва исте^солии Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Тавсифи электрикии транзистори органикии майдонй аз таъсири харорат омухта шуда-аст. Нишон дода шудааст, ки муковимати транзистор аз таъсири харорат тагйир меёбад.

Калима^ои калиди: транзистор - тавсифи вольт-амперй - нимноцили органики - муцовимат -цараёнгузаронй.

Kh.S.Karimov, Kh.M.Akhmedov, R.Akram*, F.Akhmedov**, Q.Zafar*, I.Hamidov INFLUENCE OF TEMPERATURE ON ELECTRIC CHARACTERISTICS OF ORGANIC FIELD-EFFECT TRANSISTOR

S.U. Umarov Physical-Technical Institute, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, *Gulam Ishak Khan Institute of Technology and Applied Sciences, Pakistan,

**Scientific Experimental and Production Enterprise, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan

The influence of temperature on electric characteristics of organic Field- Effect Transistor is investigated. It is shown that source-drain resistor of the transistor is changed with temperature.

Key words: transistor - current - voltage relationship - organic semiconductor - resistivity - conductiviti.