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MPC-WORKSHOP FEBRUAR 2013 Abbildung 6: Prozessiertes Substrat, vgl. Abb. 5. E. Auswertung Abb. 7 zeigt den Vergleich von gemessener (Punkte) und simulierter (durchgehende Linie) Inverterkennlinie. Bei VIn = -20 V wird der Ausgangspegel mit VOut = -0,75 V simuliert und mit 0 V gemessen. Bei VIn = 0 V wird der Ausgangspegel mit VOut = - 15,3 V simuliert und mit -14,2 V gemessen. Im aktiven Bereich zwischen VIn = -5 V und -8 V, in dem die Verstärkung -3 beträgt, zeigt sich eine Verschiebung der gemessenen Kennlinie um ca. 0,8 V. Diese Unterschiede lassen sich mit Unterschieden in der Schwellspannung zwischen Simulation und realen Transistoren erklären. Für die Simulation wurden mittlere Werte verwendet. Besonders erwähnenswert ist, dass die Verstärkung im aktiven Bereich sehr genau simuliert wurde. FAZIT Organische Elektronik hat das Potential, neue Anwendungen zu ermöglichen, welche bisher nicht durchführbar oder zu teuer waren. Die Transistoren lassen sich mit herkömmlichen Modellen simulieren, es sind jedoch Detailverbesserungen notwendig. Am Beispiel einer Inverterschaltung wurde die Herstellung von der Simulation bis zur späteren Charakterisierung gezeigt. Hierbei wurde deutlich, dass die verwendeten Modelle das Verhalten für den aktuellen Stand der Fertigung mit tolerierbaren Fehlern beschreiben können. Insbesondere die richtig simulierte Verstärkung lässt den Schluss zu, dass auch mehrstufige Verstärker zuverlässig simuliert werden könnten. Der Ausgangspegel zwischen VIn= 0 V und -5 V zeigt deutliche Unterschiede zur Simulation. In diesem Bereich ist der Schalttransistor ausgeschaltet und wird mit einem konstanten Widerstand simuliert, es wird erwartet, dass eine weitere Modellverbesserung in diesem Bereich die Simulationsergebnisse deutlich verbessert. 0 V Out (V) -5 -10 -15 W/L Last = 200 W/L Schalter = 2000 VDD = -20 V Messung Simulation Verstärkung Verstärkung_Sim -20 -20 -15 -10 -5 VIN (V) 0 Abbildung 7: Simulierte und gemessene Kennlinien des Inverters aus Abb.3, Übertragungskennlinie und Verstärkung. DANKSAGUNG Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung des Projektes POLYTOS2 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (Förderkennzeichen 13N12090), im Rahmen des Spitzenclusters „Forum Organic Electronics“, koordiniert von der Innovationlab GmbH. LITERATURVERZEICHNIS 6 Gain [1] H. Klauk, et al. “Contact resistance in organic thin film transistors,” Solid State Electronics 47 (2), S. 297–301, 2003. [2] P. Herwig, K. Müllen,“A Soluble Pentacene Precursor: Synthesis, Solid-State Conversion into Pentacene and Application in a Field-Effect Transistor” Adv. Mater. 11 (6), S. 480– 483, 2009. [3] B. Gburek, V. Wagner, “Influence of the semiconductor thickness on the charge carrier mobility in P3HT organic field-effect transistors in top-gate architecture on flexible substrates” Organic Electronics 11 (5), S. 814–819, 2010, doi: 10.1016/j.orgel.2010.01.023. [4] J. Veres, et al., “Gate Insulators in Organic Field-Effect Transistors,” Chem. Mater. 16 (23), S. 4543–4555, 2004. [5] Y. Yun, et al., “Pentacene thin film transistors with a poly(methyl methacrylate) gate dielectric: Optimization of device performance,” J. Appl. Phys. 105 (3), S. 34508, 2009, doi: 10.1063/1.3075616. [6] H. Shichman, D.A. Hodges, “Modeling and simulation of insulated-gate field-effect transistor switching circuits,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.3, no.3, pp. 285- 289, 1968, doi: 10.1109/JSSC.1968.1049902. [7] O. Marinov, et al., “Organic Thin-Film Transistors: Part I- Compact DC Modeling,” IEEE Transactions on Electron Devices, vol.56, no.12, 2009, doi: 10.1109/TED.2009 .2033308. [8] S. Hengen et al., “Modelling and Simulation of Organic Thin Film Transistor Circuits,” Proceedings of LOPE-C 2012, München. [9] S. Hengen et al., “Mass Characterisation of OTFT,” Proceedings of LOPE-C, Frankfurt am Main, 2011. [10] F. A. Lindholm, D. J. Hamilton, “Incorporation of the early effect in the Ebers-Moll model,” Proceedings of the IEEE 59(9), S. 1377–1378, 1971 doi: 10.1109/PROC.1971.8435. 3 0 -3 -6 5
6 Stefan Hengen erhielt den akademischen Grad des Dipl.-Ing. (FH) in Nachrichtentechnik /Elektronik im Jahr 2008 von der Hochschule Mannheim. Dort erhielt er im Jahr 2010 den Master of Science in Informationstechnik. Seit 2009 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Hochschule Mannheim. Bernd Scherwath erhielt den akademischen Grad des Bachelor of Science von der Hochschule Mannheim 2011. Dort erhielt er 2012 ebenfalls den Master of Science in Informationstechnik. Christian Haas erhielt den akademischen Grad des Dipl.-Ing. (FH) von der Hochschule Mannheim 2011. Zurzeit arbeitet er an seiner Masterarbeit über den Aufbau eines Messplatzes für transiente Messungen an organischen Transistoren. Bernd Vettermann ist seit 1994 an der Hochschule Mannheim im Institut für integrierte Schaltkreise als Ingenieur tätig. Er erhielt 2006 von der Universität Mannheim den akademischen Grad eines Doktors der Naturwissenschaften. Jürgen Giehl erhielt den akademischen Grad Diplom-Physiker 1990 von der Universität Mainz und den Grad Dr.-Ing. in Elektrotechnik von der Universität Siegen im Jahr 1997. Von 1997 bis 2007 hat er bei ITT Semiconductors (seit 1998 Micronas GmbH) in Freiburg i. Breisgau als Projektmanager und Designer für analoge Schaltungen gearbeitet. Seit 2007 ist er Professor mit Lehrgebiet Entwurf integrierter Schaltkreise an der Hochschule Mannheim. ENTWICKLUNG VON SCHALTUNGEN AUF BASIS ORGANISCHER ELEKTRONIK
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