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近日，中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室在有机分子晶体器件的载流子输运研究中取得重要进展。
相比于传统基于无序半导体材料的场效应晶体管中掺杂引起的缺陷钝化（trap-healing）现象，由有序单晶电荷转移界面制备的场效应晶体管整体电导、迁移率高，并具有跨导不依赖于栅压的电学特性，这表明迁移率的提高取决于trap-healing效应，且存在其他影响电学性能的机制。
中科院院士、微电子所研究员刘明团队制备了基于p型和n型有机分子构成的单晶电荷转移界面的晶体管器件，探究了电荷转移界面以及栅氧界面电场的相互作用对晶体管工作时载流子及电导分布特性的影响。相较于界面，单晶体内的缺陷态减少3个数量级以上，这意味着更小的散射概率和更高的器件迁移率。研究通过开尔文探针显微镜对表面电势的栅压依赖性表征和二维数值仿真证实，电荷转移界面的内建电场与栅氧界面电场发生有效耦合，提高了载流子体传输比例，减少了界面无序因素对载流子传输的限制作用，大幅提升了器件的跨导。
相关研究成果以Surface Doping Induced Mobility Modulation Effect for Transport Enhancement in Organic Single Crystal Transistors为题，发表在Advanced Material上。研究工作得到国家重点研发计划、微电子所微电子器件与集成技术重点实验室开放课题、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技项目的支持。
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图1.电荷转移晶体管的迁移率调制效应的原理图
图2.利用扫描开尔文探针显微镜对电荷转移界面的表面电势的表征分析
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