研究背景
人们通常把半导体导电能力随电场而变化的现象称为“场效应”。
晶体管被认为是20世纪人类最伟大的发明之一。1930年Lilienfeld提出：通过施加一个强的电场在半导体表面产生电流，并且可以如同水阀一般通过改变这个电场的强度来控制所引发电流的大小。这是对场效应晶体管的运作机制的第一次诠释。在30年后贝尔实验室成功在Si/SiO2上制备出首个硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET），这个信息在固体物理器件研究会议上一经发布，便迎来了众多制造厂家与研究人员们的瞩目，随之而来的是研究的日趋成熟。1961年，美国无线电公司研究组发现，可以在一张邮票大小的基底上通过蒸镀半导体材料来制备晶体管，由此提出了薄膜晶体管的概念，这一发现，不仅大大提高了晶体管的集成度，更是有力的促进了有机薄膜晶体管OTFT的发展进程。1986年，被公认为第一个有机薄膜晶体管器件的基于聚噻吩的有机场效应晶体管才被成功研制出来，并且达到了可以真正有效工作于有机电路的性能标准。此后通过形形色色的优化方式，如新的合成材料、新的制备方法、新的界面工程等等，这个领域的研究进展可以用突飞猛进来形容，各方面的性能参数都有日新月异的进步，各种产品已被广泛应用于制造大规模互补集成电路、平板显示器驱动电路、各种传感器等。
典型研究
典型的场效应晶体管可以被视为一个由栅极和有源层组成的可以通过栅极上的电压来控制沟道内载流子浓度的平板电容器。当施加栅源电压VG时，有源层靠近绝缘层界面处会产生感应电荷，又在一定的外加源漏电压VSD的作用下，感应电荷沿着导电沟道参与导电，大大改变了半导体材料的电阻率。因此实现了通过调节栅源电压VG来对栅极与有源层之间的电场强度的调节，从而改变有源层内感应电荷的密度，进而源漏电流ISD也随之发生变化，最终起到了通过调节栅源电压VG来控制源漏电流ISD的效果。形象的说，这种控制关系就如同水阀通过阀门（栅极）来调节水的流量（源漏电流）一般。
通过栅极、绝缘层、源漏电极及沟道层的位置不同，晶体管可以大致分为四类。
透明场效应晶体管的于2003年开始报道，以ZnO材料为主。由于在显示方面应用前景显著，通过电化学聚合、分子自组装、磁控溅射、CVD等方法制备有机、无机有源层，以SiO2为代表的绝缘层，从而制造基于玻璃等衬底的透明场效应晶体管。
无机晶体管只能以平面方式显示，无法做到很有弹性的弯曲显示，而有机薄膜晶体管因为使用有机材料，则可任意弯曲与伸展，由此真正解放了柔性衬底的柔性，可诞生众多新型应用领域。比如，可被制作于软性基板上，成为可弯曲的显示器。
各种新型有缘材料的研究，如单根纳米材料、碳材料等，使得高性能晶体管的制备成为可能。
绝缘层一方面在栅极电压的作用下，作为绝缘介质产生强电场诱导绝缘层与半导体层界面处形成导电够到，另一方面与半导体层直接接触，绝缘层的表面情况如粗糙度、缺陷等，很大程度影响半导体层的生长形态和载流子的传输。通过对绝缘层的修饰，可以有效调节晶体管的性质。
电极材料的选择与晶体管的性能相关，同时决定着制备工艺的兼容性。
基于单根材料和一些纳米材料的器件是当前研究的热点之一。
以场效应为基础的各种气体传感器、湿度传感器、压电、光电器件，作为交叉研究，可以提高器件本身特性，同时为器件与电路一体化提供参考。
设备推荐
1. 机械与环境可控的柔性场效应晶体管综合特性分析平台
AES-4SD柔性电子器件综合测试平台：适用于柔性场效应晶体管型器件的气敏、湿敏、光敏、应力应变等综合特性的性能分析，特别是支持将器件的电学特性与机械特性同步分析；平台提供精准的拉伸、挤压控制，并进行同步的电学性能分析和力学监测；配置直流双源表，支持晶体管等器件的研究；配置静态配气模块，支持液体蒸发配气或气体稀释配气；配置LED光源模块，可用于光敏、光电、光敏气敏等特性研究；配置CCD或相机拍照及录像，实时记录材料、器件的形状变化；可外接湿度可控的气液配气系统，精确调控密封腔体的气氛及湿度，用于气敏、湿敏等相关特性研究。此外，该系统适用于多种柔性材料（石墨烯、导电高分子、水凝胶、液态金属等）、柔性器件（传感器、探测器、电池、电容器、电子皮肤、OLED等）在拉伸、挤压、弯曲和不同环境刺激（气体、湿度、光照等）状态下的应力应变及电学综合特性的分析。
2. 基于微小腔体的场效应晶体管综合特性原位分析系统
CGS-MT光电气综合测试平台：适用于毫米级别的场效应晶体管器件或者外接pad达到mm级别的晶体管型器件的气敏、湿敏、光敏等综合特性的分析，平台腔体小，支持与拉曼光谱仪、显微镜等联用，可用于做电学与光谱或者显微镜的原位分析。平台通过一体化的电学、探针、微腔体、静态配气设计，可提供精准的电学检测、灵活的探针连接、精准的温度调节、便捷的气氛控制；集成双源表测试系统，支持两线或四线测试，支持双通道测试；平台包含的原位高温台可与拉曼光谱仪或显微镜联用，在电学测试的同时进行光谱或显微的原位分析；平台的微小腔体结构特别适合连接湿度可控的气液配气系统，在实现腔室内的气氛浓度及湿度的快速更替与平衡的同时，用于气敏、湿敏等性能的在线检测；平台支持搭配LED光源或者外接光路，进行光敏、光电、光敏气敏等相关研究；平台支持连接真空泵，用于真空或不同气压下的性能测试。此外，平台也适用于多种毫米级别材料（半导体氧化物、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物等）或器件（传感器、探测器、晶体管等）的原位测试及综合特性分析。
3. 集成精密探针台和环境控制的晶体管器件综合特性分析系统
AES-4TH环境可控探针测试平台：适用于需要探针精密调节和环境模拟的晶体管型器件的综合特性分析，平台通过一体化电学检测、微探针连接、环境控制、显微镜观测的设计和整体屏蔽、防震及抗干扰处理，可提供低至pA级别的精准电学检测、微米级别的精密探针调节、宽范围高稳定性的环境湿度和热台温度控制。平台采用多探针连接和底栅设计，尤其适合场效应晶体管型器件的综合特性分析；平台同时提供温湿度调节，为测量晶体管的温度特性、抗湿特性提供环境。平台搭配真空泵可支持真空条件下的器件特性研究，搭配外置光源或者内置光纤可支持器件的光电、光导、光敏气敏等特性研究，搭配湿度可控的气液配气系统可支持器件的气敏、湿敏、抗湿等特性的研究。平台预留的开放型的接口，可搭配电化学工作或阻抗分析仪，进行多信号测量。此外，该平台也适合于需要精密探针连接和环境条件的相关材料或器件的综合特性分析。
典型结果
输出特性曲线用来描述Vg取一定值时，电流Id和电压Vd之间的关系，反映了漏——源电压Vd对Id的影响。
转移特性曲线反映了栅——源电压Vg对Id的控制作用。
数据保持能力是非易失性储存器的重要参数，测试器件受到环境中的湿度、氧气、温度等客观条件影响可以反映衰退的速度。
测量不同温度下的Id——Vd曲线，判断器件性能对温度的依赖关系。
吸收光谱用于说明器件的透光率。
SEM、TEM和AFM图用于说明绝缘层的表面特性。
参考文献
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