Elektrische Parameter von OFETs: Beweglichkeit, Fallen, Permittivität und Kontakte

In diesem Abschnitt wird erläutert, wie die elektrischen Parameter von OFETs in OghmaNano konfiguriert werden, einschließlich Trägermobilität, Fallenkonzentration, dielektrische Permittivität, Rekombinationsmodelle und Randbedingungen für den Kontakt. Diese Parameter bestimmen, wie die Drift-Diffusions- und Poisson-Gleichungen in den Halbleiter- und dielektrischen Schichten gelöst werden.

1. OFET-Schichteditor: aktive Schichten, Kontakte und Isolatoren

Ein OFET (organische Feldeffekttransistor) besteht aus einer Schichtanordnung, und Sie können die Dicke der einzelnen Schichten im Schichteneditor bearbeiten (Hauptfenster → Registerkarte „Gerätestruktur“). Der Editor ermöglicht es Ihnen, die Schichtanordnung anzuzeigen und zu ändern, Schichten hinzuzufügen oder zu entfernen und jeder Schicht einen Typ zuzuweisen. OghmaNano unterstützt drei Schichttypen:

• Kontaktflächen – sie definieren die Anschlüsse des Bauelements (z. B. Source, Drain, Gate) und dienen als Randbedingungen. Sie haben keine elektrischen Parameter, da ihre Funktion darin besteht, Spannungen oder Ströme festzulegen.
• Aktive Schichten – Bereiche, in denen die Drift-Diffusions- und Poisson-Gleichungen gelöst werden. Diese Schichten leiten Ladung und bestimmen das elektrische Verhalten des Bauelements. Nur die aktiven Schichten werden im Editor für elektrische Parameter angezeigt, wo Sie Mobilitäten, Fallenstellendichten, Permittivität und zugehörige Eigenschaften einstellen können.
• Weitere Schichten – passive Schichten, die weder Kontaktstellen noch elektrisch aktive Elemente darstellen. Sie können Trägermaterialien, Verkapselungen oder optische Abstandshalter sein und werden bei der elektrischen Berechnung nicht berücksichtigt.

Kurz gesagt, bedeutet das Aktivieren einer Schicht, dass OghmaNano die Drift-Diffusions- und Poisson-Gleichungen für diesen Bereich des Bauelements lösen soll. Kontaktschichten bleiben als Randbedingungen festgelegt, während andere Schichten zwar strukturell vorhanden sind, aber elektrisch inaktiv sind und von der elektrischen Berechnung ausgeschlossen werden.

2. Einstellung der elektrischen Parameter von OFETs

Sobald eine Schicht im Schichteneditor als aktiv markiert wurde, können ihre Eigenschaften im Editor für elektrische Parameter weiter definiert werden. Hier konfigurieren Sie, wie Ladungstransport, Ladungseinfang und elektrostatische Effekte während der Simulation modelliert werden (siehe Abschnitt 3.1.9 für Details). ?? zeigt die Einstellungen für die halbleitende Schicht, bei denen Sie Mobilitäten, Zustandsdichten, Einfangparameter und Rekombinationsmodelle festlegen können. ?? zeigt die entsprechenden Einstellungen für den PMMA-Isolator, bei dem nur elektrostatische Eigenschaften wie Permittivität und Bandverschiebung erforderlich sind. Beachten Sie die Schaltfläche „Drift-Diff. aktivieren“ oben links: Wenn sie aktiviert ist, werden die Drift-Diffusions-Gleichungen für diese Schicht gelöst, einschließlich der Bewegung der Ladungsträger. Für den Halbleiter ist dies aktiviert, da der Ladungstransport simuliert werden muss, während es für den PMMA-Isolator deaktiviert ist, da das Material nicht leitfähig ist. Obwohl es möglich ist, die Drift-Diffusion überall zu aktivieren und einfach sehr niedrige Mobilitäten für isolierende Schichten zuzuweisen, erhöht dieser Ansatz die Berechnungszeit und kann die numerische Stabilität verringern. Daher wird empfohlen, die Drift-Diffusion bei echten Isolatoren zu deaktivieren.

3. Zusammenhang zwischen elektrischen Parametern und dem Verhalten von OFETs

Die im Editor für elektrische Parameter eingegebenen Werte steuern direkt das Verhalten des OFET in der Simulation. Beispielsweise bestimmt die Beweglichkeit des Halbleiters die Steigung der Kennlinie, während die Dichte der Defektstellen den Unterwellenbereich und die Hysterese beeinflusst. Die Dielektrizitätskonstante des Isolators bestimmt die Gate-Kapazität, die wiederum beeinflusst, wie effektiv die Gate-Spannung den Kanal moduliert. Durch Experimentieren mit diesen Parametern können Sie untersuchen, wie sich die Materialeigenschaften in messbare Gerätecharakteristiken übersetzen.