用分子解析度對有機場效應電晶體進行建模

在 OFET 中，電荷載體在位於與介電材料接口的"通道"內通過有機半導體。在這裡，介電由灰色網格表示。該圖說明了介電錶面的粗糙度（顯示 50 nm × 50 nm 區域）對平均載波佔用的計算影響載波佔用概率以藍色表示，並指示載波基本上在介電錶面的"山谷"內移動（改編自 Adv. Funct。馬特， 2018， 28， 1803096）.來源：科學中國出版社

場效應電晶體是傳感器、電路和數據存儲設備的關鍵部件。迄今為止使用的電晶體主要基於無機半導體，如矽。最近，有機材料已經出現，具有半導體特性，使得有機場效應電晶體（OFETs）的製造。使用有機組件作為設備活性層帶來了有希望的功能，如易於加工和低成本。除了器件功能外，OFET還發展成為有機半導體基本表徵的重要平臺，因為它們現已成為測量電荷載體移動性的有用工具。因此，全面描述 OFET 器件性能成為推進這些器件開發和設計更高效的有機半導體的關鍵步驟。這些調查的核心是器件模型，它提供測量電流密度與有機材料的半導體特性之間的關係。不用說，這些 OFET 設備型號必須準確可靠。

美國亞利桑那大學的科學家在《國家科學評論》發表的綜述中，討論了最近採用分子級參數的 OFET 設備模型的最新進展。特別是，他們重點介紹了基於動感蒙特卡羅的設備仿真方法的發展及其在微米大小的 OFET 建模中的成功應用。他們還概述了進一步改進這些分子水平模型的路徑。

這些科學家在題為"為有機場效應電晶體開發分子水平模型"的評論文章中指出："儘管有機和無機半導體的電荷傳輸機制存在重大差異，但直到最近，流行的 OFET 器件模型還是直接從最初基於無機材料為 FET 開發的器件模型中借用。他們強調："最佳地，OFET器件模型應包括離散分子水平、紊亂、各向異性、陷阱、顆粒邊界、複雜薄膜形態和接觸阻力等因素。只要有機半導體薄膜被當作連續介質處理，這些因素就很難包括。換句話說，納米級、分子級細節需要納入 OFET 設備模型。

近年來，基於動感蒙特卡羅的方法有了非常重大的發展，現在它允許用分子解析度對 OFET 進行有效的建模。這些新模型為更深入地了解 OFET 器件物理開闢了方向，並提供了將微觀過程與宏觀器件性能直接連接的能力。它們已成功應用於描述 OFET 的基本方面，如有效通道的實際厚度和介電錶面形態的影響，以及最近遇到的非線性電流特性問題。

亞利桑那大學的科學家得出結論："通過這種不斷發展，分子級 OFET 設備模型將成為研究 OFET 設備的日益有用的平臺，並成為常規數據分析的補充工具。