有機場效應晶體管專利技術綜述

舒露鋒 肖玲

摘要：有機場效應晶體管（Organic Field-Effect Transistor，OFET）因其質輕價廉且與柔性襯底兼容等優點而在電子標簽、柔性電子電路、傳感器、有機激光器等領域受到了越來越多的關注。本文主要從技術發展路線、專利申請年度分布、專利產出國即主要申請人等為切入點對OFET的專利申請的分布情況進行了統計分析，為OFET今后的發展方向提供了參考和展望。

引言

場效應晶體管，是基于自由載流子向半導體可控注入的有源器件，其主要工作原理是依靠一個強電場在半導體表面引發一種電流，通過控制電場的強度來控制半導體表面電流的大小。有機場效應晶體管是使用有機半導體材料作為有源層來控制半導體表面電流的場效應晶體管。目前，隨著人們對OFET器件加工工藝的不斷改善以及對新材料的開發使一部分性能優異的OFET器件性能已經能和非晶硅場效應晶體管相媲美。除此之外，OFET器件具有獨特的優勢，如重量輕、可彎曲、低成本以及制備過程溫度較低的特性，可以采用溶液制備工藝，易于大面積生產，能實現基于聚合物基底的柔性器件。

一、OFET基本結構特性和原理

典型的OFET器件通常由五部分組成，分別是襯底、柵極、介電層、有源層及源漏電極。OFET器件可以看做由兩個極板構成的電容器，其中，一個極板是有源層，另一個極板是與介電層接觸的柵極，中間的介電層把這兩個極板隔開。溝道中的載流子密度通過加在柵極上的電壓VGS來進行調制。當給器件加上一個柵極偏壓VGS時，會在介電層附近的有源層內感應出電荷，電荷在介電層/有源層界面的導電溝道中積累并形成導電溝道。在源漏電極之間加上源漏電壓VDS，感應電荷參與導電，使得半導體的電阻率相對于無柵極電壓時發生量級的變化，載流子從源電極注入到有源層并通過導電溝道傳輸，從有源層流出到漏電極，從而在源、漏電極之間產生源漏電流IDS。由于通過調節VGS可以調節平板電容器兩極板間的電場強度。隨著電場強度的變化，半導體層中的感應電荷密度也發生改變。因此，源漏電極之間的導電溝道的寬窄發生變化，進而源漏之間的電流也隨之改變。因此通過VGS可以調節IDS。

二、OFET專利申請的整體情況分析

本文對OFET領域的專利申請趨勢、各國專利申請量和國內外主要申請人進行了檢索統計和分析，以期為我國相關領域技術人員提供參考。本文檢索日期截至2018年7月31日，由于專利公開日相對延后，2016年至2018年的相關數據統計不全面。

1、專利申請趨勢分析

從圖上可以看出，OFET專利申請在2003至2007年處于技術發展初期，專利申請數量較少，從2008年開始，該領域的專利申請有了較大幅度的增長，并且在2010年至2013年出現了爆發式增長。這是由于2010年，Chiu等人將1.5nm的PTFE聚合物材料加入OFET器件作為電極/有源層的緩沖層，使得OFET的器件性能有了顯著的提高。為以后的OFET發展奠定了基礎。

2、專利申請產出國分析

各國的專利對該國的工業化進程都起到了巨大的推動作用，一個國家的原創技術越多，則其在該領域的研發能力和技術實力越強大。通過對專利產出國進行統計分析可知，在OFET領域日本、韓國、美國的專利數量比其他國家和地區遙遙領先。這一數據與日本擁有索尼、夏普、東芝、日立等大型企業，韓國擁有三星、LG等情況相符合。此外中國的京東方、天馬微電子也是OFET領域的后起之秀。

3、國內外主要申請人分析

本文進一步統計分析了國內外申請人關于OFET申請量排名前13位的申請人。作為一種剛起步并有望在業內取得突破性發展的新興器件，國內外對OFET的研究齊頭并進，在專利申請數量上沒有太大差異。在CNABS提交的1976件專利中，默克專利股份有限公司、海洋王照明科技股份有限公司、柯尼卡美能達有限公司、中國科學院化學研究所提交的專利申請占申請總量的58.7%，研究主題相對集中。而在這四家主體中，國內兩家申請人起步稍晚，但就申請數量來說，國內申請量在2011年開始大幅增加，并且逐年呈上升趨勢。國內公司涉及核心結構變化以及性能提升的專利申請還不多。在4個主要申請人中，除了中國科學院化學研究所，另外三家都是照明或是新興材料領域的大型企業。進一步分析全球申請人不難發現，在全球主要申請人中，科研院所僅占兩成，這也和近年來該領域逐步接近產業化不無關系，不過在國內，除了海洋王照明科技股份有限公司外，對于OFET的研究更多停留在實驗室階段，這也是造成國內發展較世界前沿還有一段距離的原因之一。

三、審查實踐應用示例

通過對OFET專利技術進行分析，能夠幫助相關領域的研究人員以及審查員了解該技術的歷史演進和發展脈絡，有利于幫助審查員準確理解發明，體會發明構思，把握發明實質，找準檢索切入口，找到最接近的現有技術，進行高效的檢索與審查，下面結合審查實例對OFET技術進行補充與說明。

申請號：2011104618565

發明名稱：頂柵薄膜晶體管及其制造方法

技術方案：1.一種頂柵薄膜晶體管的制造方法，包括：

1）、在襯底表面上形成條狀的V字型凹槽或V字型凸起；

2）、沉積多晶硅薄膜，均勻地覆蓋V字型凹槽或V字型凸起的各個側壁；

3）、對多晶硅薄膜進行離子注入，離子注入的角度使部分多晶硅薄膜被摻雜，同時使部分多晶硅薄膜未摻雜，其中摻雜的部分形成搭橋晶粒線以及源區和漏區；

4）、在多晶硅薄膜上沉積柵絕緣層；

5）、在柵絕緣層上形成柵電極，使柵電極覆蓋多晶硅薄膜的V字型凹槽或V字型凸起。分析說明：本申請的發明點在于對多晶硅薄膜進行離子注入，離子注入的角度使部分多晶硅薄膜被摻雜，同時使部分多晶硅薄膜未摻雜，其中摻雜的部分形成搭橋晶粒線以及源區和漏區。

檢索思路：通過對現有技術的梳理，發現搭橋晶粒薄膜晶體管的概念是由發明人在2008年提出的，通過追蹤發明人，發現發明人在2008年申請了一項專利200880018195.5，公開了本申請的發明點。再結合一篇公開了本申請大部分技術特征的US2003/0183875A1可以評價本申請的創造性。

四、結語

本文分析了OFET在國內外的發展情況，可以看出國內的OFET器件的發展總體相較于國外還有很大的差距，國內起步稍晚，但在專利數量上穩步直追，主要申請人集中于國內大型公司、研究院所，這表明OFET的研究在國內已經受到重視。通過對OFET歷史發展路線的梳理，可以看出隨著越來越多的高分子化合物獲得了和小分子化合物相當甚至更高的遷移率，再加上高分子材料在加工性能等方面的優點，OFET未來發展空間較大，有望為其產業化帶來突破。