Elektrische Sensoren

Organische Feldeffekttransistoren (OFET) - Substrate

© Fraunhofer IPMS
OFET-Messaufbau mit oberem Bottom-Gate-Kontakt
OFET Chips (Vergrößerung: Einzeltransistor)
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OFET Chips (Vergrößerung: Einzeltransistor).

Wir bieten ein breites Spektrum an Dienstleistungen und Sensor-Komponenten für Industrie und Wissenschaft an.

  • Standard- und kundenspezifische OFET-Substrate für Ihre organischen Materialien
  • Messadapter und Abscheidemasken/Schattenmasken
  • Verschiedene Auslieferungsmengen: Waffle-Pack und Wafer-Größe (Chips vereinzelt)
  • Technologielieferant auf Industrielevel
  • OFET-F&E-Expertise seit über 10 Jahren
  • Test- und Applikationspartner

 

Beispiel-Design eines OFET-Substrats

  • n-dotiert und backgated OFET-Substrat
  • 16 Transistoren per chip mit verschiedenen Kanalgrößen
  • Große Kanalbreite (W= 2,5 ... 20 µm, L = 10 mm)
  • Hohe Reproduzierbarkeit
OFET-Prinzipaufbau
OFET-Prinzipaufbau

OFETs werden für verschiedene Anwendungen genutzt, darunter flexible Displays, intelligente Sensoren, organische Photovoltaik und gedruckte Elektronik.

OFET-Substrate auf Siliziumbasis bilden eine hochgenau strukturierte Grundlage für die Herstellung von organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) und erlauben die Abscheidung von organischen Halbleiterschichten, die die elektronischen Eigenschaften des OFETs bestimmen. Die so entstehenden OFETs sind durch die Anpassbarkeit der Materialien sowie Source- und Drain-Kontakte flexibel gestaltbar.

Aufgrund der Zuverlässigkeit und der reproduzierbaren Präparation sind diese Substrate weltweit bei allen großen Entwicklern von organischen Halbleitermaterialien im Rahmen der standardisierten Materialüberwachung im Einsatz.

Der Si-Bulk übernimmt die Gate-Funktion und kontrolliert den Stromfluss zwischen den Source und Drain Goldelektroden. Ein passend dotiertes Si-SiO2-Interface in CMOS-Qualität garantiert einen reproduzierbaren Gatekontakt. Die Goldelektroden mit patentierter Haftschicht unterdrücken auch für p-leitende Halbleiter die Ausbildung von Injektionsbarrieren zwischen den Goldelektroden und der Organik im Transistorkanal, so dass sich zuverlässige ohmsche Source / Drain-Kontakte im back-gated OFET ausbilden.

Im Standardlayout werden auf 200 mm-Wafern je 60 Chips der Größe 15 × 15 mm² mit insgesamt 960 einzelnen Transistorstrukturen realisiert. Auf jedem Chip befinden sich vier Gruppen mit je vier identischen Transistoren der Kanallängen 2.5, 5, 10 und 20 µm. Identische Layouts mit abgestufter Kanalweite sowie die flexible Wahl der Oxiddicke erlauben die Anpassung an einen weiten Spannungs- und Leitfähigkeitsbereich der untersuchten Materialien. Kundenspezifische Layouts mit veränderter Elektrodengeometrie sind jederzeit möglich.

Laterale Organische Feldeffekttransistoren (LOFET)

LOFET-Prinzipaufbau
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LOFET-Prinzipaufbau.

Ein weiterer Schritt zur Vereinfachung der Materialcharakterisierung ist die Analyse von logischen Basisschaltungen. Dazu werden bis zu 36 Einzeltransistoren zu Inverter- und Ringoszillatoren verschaltet. Das Monitoring der aktiven Materialien erfordert dann lediglich eine Frequenzmessung der Ringoszillatoren, die mit wenig Aufwand automatisiert werden kann. Die deutlich aufwendigere Messung und Auswertung der einzelnen Transistorkennlinien kann dabei entfallen. Darüber hinaus erhält man nicht nur zuverlässige Informationen zur Logikfähigkeit, sondern bestimmt gleichzeitig die dynamischen Eigenschaften der Inverter.

Im zur Verfügung stehenden Layout der Logikschaltungen ist ein erster Block mit elf Einzeltransistoren enthalten, der eine vollständige Parameterextraktion für die Schaltungssimulation ermöglicht. Ein zweiter Block enthält vier Inverter, die sich identisch in den Oszillatorstufen wiederfinden. Diese separat zugänglichen Inverterstufen ermöglichen eine detaillierte Analyse des transienten Verhaltens für den Fall, dass die Verstärkung der einzelnen Inverterstufen für ein Anschwingen der Ring-Oszillatoren nicht ausreicht. Der dritte Block enthält Ring-Oszillatoren mit sieben bzw. fünfzehn Stufen. Jede Ringschaltung besitzt einen dreistufigen Ausgangsverstärker, der die Oszillation im Ring vom Ausgang entkoppelt, sowie eine direkte Frequenzmessung ohne externe Verstärkung gestattet.

Die LOFET-Substrate werden ebenfalls in bottom-gate Architektur realisiert, so dass nach Abscheidung der Halbleiterschicht auf dem Chip funktionsfähige Schaltungen vorliegen.