逼近有机单晶场效应晶体管中的无陷阱极限

通过弱范德华力结合的晶体有机半导体，其宏观性质与无机半导体非常相似。尽管关于电荷输运的微观本质仍有许多未解之谜，但最小化陷阱态密度（trap DOS）对于阐明本征输运机制至关重要。我们通过测量单晶并五苯（rubrene）场效应晶体管来探索最先进有机晶体的极限，该晶体管展现出教科书般的转移特性，表明其陷阱态密度极低。特别是，晶体的高纯度以及与栅极介电层非常洁净的界面，反映在前所未有的 65 ${\rm mV / decade}$ 亚阈值摆幅上，这与 $58.5 {\rm mV / decade}$ 的基本极限非常接近。根据测得的亚阈值行为，我们利用两种不同的方法一致地量化了陷阱态密度，得出在 $\sim0.62~{\rm eV}$ 能量处极低的体陷阱密度为 $D_{bulk} = 1 \times 10^{13}~{\rm cm^{-3}eV^{-1}}$。这些数值对应于每 $10^8$ 个并五苯分子中每 eV 有一个陷阱。位于界面的等效陷阱密度为 $D_{it} = 3 \times 10^{9}~{\rm cm^{-2}eV^{-1}}$，使其与最好的晶体 ${\rm SiO_2/Si}$ 场效应晶体管相当。