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基于n型给体-受体共轭共聚物的有机场效应晶体管低频噪声研究
Low-Frequency Noise Investigation of Organic Field-Effect Transistors Based on N-Type Donor-Acceptor Conjugated Copolymer
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 有机场效应晶体管 n型共轭共聚物 低频噪声 电荷传输 陷阱密度 |
语言:
中文摘要
基于n型给体 - 受体（D - A）共轭共聚物的有机场效应晶体管（OFETs）处于有机电子学研究的前沿。然而，对其电荷传输的基本方面，特别是相关陷阱的理解仍然有限。在本研究中，我们发现基于N2200的n型OFETs的低频噪声（LFN）呈现1/f特性。漏极电流（$I_{\text {D}}$）的归一化功率谱密度，即（$S_{\text {Id}}$/$I_{\text {D}}^{2}$），与（$g_{\text {m}}$/$I_{\text {D}}$）²的变化情况相似，其中$g_{\text {m}}$为跨导，这表明存在载流子数量的波动。利用LFN对具有不同接触的器件的退火温度和空气稳定性进行研究，结果显示陷阱密度有显著变化，这证实了性能退化与缺陷态之间的相关性。因此，LFN为背后的电荷传输提供了定量的见解。
English Abstract
Organic field-effect transistors (OFETs) based on n-type donor-acceptor (D-A) conjugated copolymer are at the forefront of research in organic electronics. Yet, an understanding of the fundamental aspects of their charge transport, in particular the relevant traps, remains limited. In this study, we show that the low-frequency noise (LFN) of n-type OFETs based on N2200 exhibits 1/f behavior. The normalized power spectrum density of the drain current ( I _ D ), namely ( S _ Id / I _ D^2 ), varies similarly as ( g _ m / I _ D )2 with gm being the transconductance, indicating the carrier number fluctuations. Examination on the annealing temperature and air stability of the devices with different contacts using LFN reveal sizably varied trap density, conforming the correlation between performance degradation and defect states. Thus, LFN provides quantitative insight into the charge transport behind.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项关于n型有机场效应晶体管（OFETs）低频噪声特性的研究，为我们在新能源电力电子器件的可靠性评估和性能优化方面提供了重要的方法论参考。
该研究通过低频噪声（LFN）分析揭示了有机半导体器件中的陷阱态密度与性能退化机制，这与我们在光伏逆变器和储能变流器中面临的功率器件可靠性挑战高度相关。研究表明，归一化功率谱密度与载流子数涨落直接关联，这一发现可以迁移应用于我们主流使用的硅基和碳化硅功率器件的早期失效预测。特别是在储能系统中，功率模块需要经历频繁的充放电循环和温度波动，通过LFN表征技术可以实现对器件陷阱态的定量监测，从而预判性能衰退趋势。
论文中关于退火温度和空气稳定性对陷阱密度影响的研究方法，对我们优化逆变器生产工艺和环境适应性设计具有借鉴意义。尽管有机半导体器件目前在功率等级和稳定性方面尚未达到商业化应用标准，但其低成本、柔性化的潜力使其在分布式光伏监测传感器、储能系统智能管理芯片等辅助电路领域存在应用前景。
当前的技术挑战在于有机器件的长期可靠性和环境耐受性仍需突破。对阳光电源而言，短期内可将LFN分析方法引入现有功率器件的质量控制体系，中长期则可关注有机电子技术在物联网化能源管理系统中的集成应用，为构建更智能、更具成本优势的新能源解决方案储备技术路径。