本文件描述了一种表征有机晶体管的方法，包括测量技术、数据报告方法和表征过程的测试条件。 本文件适用于有机晶体管的电学特性测量。

ICS 07.030
CCS L 90
中华人民共和国国家标准　
GB/T44004—2024
纳米技术
有机晶体管和材料表征试验方法NanotechnologiesTest methods for the characterization oforganic transistors and materials(IEC 62860 :2013, Test methods for the characterization oforganictransistors and materials，MOD)2024-04-25发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-11-01实施
1范围
规范性引用文件
3术语、定义和缩略语·
术语和定义
缩略语
4电学特性通则
测试仪器
测试技术
重复性和报告样本量
低噪声技术的应用
5标准OFET表征程序
OFET表征过程指南
电气测量
简易报告
器件结构的报告
器件迁移率的测定和报告
开关比的测定和报告
介电常数的测定和报告
环境条件的报告
其他可报告参数
参考文献
GB/T44004—2024
GB/T44004—2024
第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则起草。
本文件修改采用IEC62860：2013《有机晶体管和材料表征试验方法》。本文件与IEC62860：2013相比做了下述结构调整：第1章对应IEC62860:2013中的1.1；一增加了第2章规范性引用文件；第3章对应IEC62860：2013中的第2章；调整了3.1中术语和定义的编排顺序，以符合术语条目按照概念层级分类和编排的原则；第4章对应IEC62860:2013中的1.3；第5章对应IEC62860：2013中的3.2～3.3；-6.1对应IEC62860:2013中的3.4.1；6.2对应IEC62860:2013中的3.1；6.3~6.5对应IEC62860:2013中的3.4.2～3.4.4；6.6对应IEC62860:2013中的3.4.5；6.7对应IEC62860：2013申的3.4.6；参考文献对应IEC62860：2013中的附录A。本文件与IEC62860：2013的技术差异及其原因如下：删除了IEC62860：2013中1.2“目的”，以符合GB/T1.1一2020中的规定；将IEC62860：2013中2.1引导语的第二句改为注，以符合GB/T1.1一2020中的规定（见3.1);
删除了术语“开启电压”“底接触器件”“底栅器件”“顶接触器件”“顶栅器件”“激励电压”“大地接地”“电磁干扰/射频干扰”“亚阈值摆幅”，因为本文件中这些术语仅使用了一次；删除了缩略语EMI、IEEE、NIST、OET、OST、PFET、RFI和UV，因为本文件未使用这些缩略语。
本文件做了下列编辑性改动：
为与现有标准协调，将标准名称改为《纳米技术有机晶体管和材料表征试验方法》；一增加了公式（1）～公式（5）中符号的说明及单位；由于IEC62860：2013中的附录B不适用于本文件，删除了资料性附录B请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院提出。
本文件由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）归口。本文件起草单位：深圳市德方纳米科技股份有限公司、国家纳米科学中心、深圳大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、中国科学院微电子研究所、深圳市德方创域新能源科技有限公司、中国计量大学。
本文件主要起草人：孔令涌、葛广路、翟永彪、高洁、宋志棠、夏洋、王远航、孙言、陈小刚、金青青、邱志平、裴现一男、陈心怡、何萌、张淑琴、钟丽坤。Ⅲ
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本文件涵盖了有机晶体管电学特性表征的推荐方法和报告要求。由于有机晶体管的特性，如果操作不当，会引人较大的测量误差。本文件描述了常见的测量误差来源，并给出了推荐的操作方法，以最小化和/或表征每种测量的影响。为了使分析报告数据规范化，本文件还给出了报告要求，包括环境条件和样本量的描述，以便研究人员可恰当地评估结果。这些报告要求还支持结果的可重复性分析，以便更有效地确认新的发现本文件旨在促进有机晶体管从实验室向产业化发展。标准化的表征方法和报告要求为信息的有效比较提供了一种手段，并为生产制造奠定了基础。V
1范围
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有机晶体管和材料表征试验方法GB/T44004—2024
本文件描述了一种表征有机晶体管的方法，包括测量技术、数据报告方法和表征过程的测试条件。本文件适用于有机晶体管的电学特性测量规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件
术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。注：对于本条中未定义的术语参考IEEE100。3.1.1
source
电流由半导体沟道的电导率控制的器件电极注：器件内的所有电压通常以源极上的电压为参考3.1.2
电流由半导体沟道的电导率控制的器件电极注：漏极通常与源极是相同的。漏极相对于源极的偏压符号取决于多数载流子的性质。偏压对电子而言更正，对空穴而言更负。
施加电压后能够控制流经源极和漏极之间的半导体沟道电流的器件电极3.1.4
块体bulk
与衬底的电气连接
注：通常仅在器件测试时通过接地平台对块体施加偏置电压。通过衬底的电流通常忽略不计，因此大多数情况下，在器件工作过程中不会对块体施加电压。但是，在单个器件测试过程中需验证电流是否忽略不计。由于大多数的有机场效应晶体管（OFET)都位于绝缘衬底上，因此通常会忽略块体的电学特性。3.1.5
characteristic
栅源电压（3.1.10）不变时，漏源电流（3.1.16）与漏源电压（3.1.9）之间的关系。注：见输出特性曲线（3.1.8）。1
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转移特性
Ins-VGs
transport property
能够控制通过材料或器件自身电荷的行为的物理特征。3.1.7
转移特性曲线
transfer curve
当栅极电压以跨步电压递增的方式从起始电压扫到终止电压时，测量漏极电流的变化的关系曲线。注：见跨导（3.1.21）。
输出特性曲线
output curve
栅源电压（3.1.10）不变时，漏源电流（3.1.16）与漏源电压（3.1.9）的关系曲线注：见特性（3.1.5）。
漏源电压
drain-source voltage
在漏极和源极之间测得的电压。3.1.10
栅源电压
gate-sourcevoltage
在栅极和源极之间测得的电压
源极电源电压
source-source voltage
系统接地参考的源极电压。
阈值电压
threshold voltage
由转移特性（Is-VGs）曲线得到的形成沟道所需的最小栅极电压。3.1.13
泄漏电流
leakage current
流经栅极电介质的电流。
注：见栅源电流（3.1.14）。
栅源电流
gate-source current
通过栅极测得的电流。
注：见泄漏电流（3.1.13）。
栅极泄漏电流
gate leakage
从栅极通过栅极电介质和有机半导体流向源极和漏极的不良电流。3.1.16
漏源电流
drain-source current
通过漏极测得的电流。
寄生电容
stray capacitance
器件内任何不需要的层间或界面电容注：寄生电容通常会妨碍器件性能，并且可能造成测量误差。3.1.18
栅漏电容
gate-drain capacitance
栅极和漏极之间测得的电容。
栅源电容
gate-source capacitance
栅极和源极之间测得的电容
conductance
输出特性曲线的斜率。
注：表示为公式(1)：
式中：
电导，单位为西门子（S)；
漏极电流，单位为安培（A)；
漏极电压，单位为伏特（V）。
transconductance
转移特性曲线的斜率。
注：表示为公式（2)：
式中：
跨导，单位为西门子（S)；
漏源电流，单位为安培（A)；
栅源电压，单位为伏特（V)。
驻留时间
dwelltime
从开始施加测量电压到记录测量时间之间的持续时间注：驻留时间用于最小化瞬态噪声引起的测量误差或调整扫描速度。3.1.23
接地平台
ground chuck
放置被测器件的导电平台。
注：接地平台以系统接地为电气参考点。3.1.24
系统接地
system ground
零电压参考或与仪器的“低端（LO)”连接。GB/T44004—2024
（1）
.（2)
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注：系统接地通常有别于大地接地。3.1.25
:environmental condition
环境条件
被测器件周围的真实或人为的环境条件。注：测量时尽可能接近被测器件，并以对测试环境影响最小的方式进行。3.1.26
field-effectmobility
场效应迁移率
半导体材料多数载流子的迁移率。注1：场效应迁移率能够通过转移特性曲线中饱和区或线性区近似计算得到。注2：场效应迁移率的单位为平方厘米每伏特秒[cm2/（V·s)]。3.1.27
on/off ratio
开关比
最大（“开”态）IDs值与最小（“关”态)Ips值的比值。注：开关比由转移特性曲线测量得到，表征了器件将信号“开启”和“关闭”的能力。3.1.28
半导体沟道
semiconductorchannel
穿过半导体材料的源极和漏极之间的空间。注：半导体沟道的电导率通过改变施加到栅极的电压来控制，2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
FET：场效应晶体管（FieldEffectTransistor）OFET：有机场效应晶体管（OrganicFieldEffectTransistor）RH：相对湿度（RelativeHumidity）4电学特性通则
4.1测试仪器
用于测试的电子器件测试系统具备至少士0.1%精度的测量灵敏度（低于预期信号水平3个数量级或以上的最小灵敏度）。例如，通过有机晶体管的最小电流通常是栅极泄漏电流。如果栅极泄漏电流约为1pA（10-12A），则仪器的分辨力应为1fA（10-15A)或更小。此外，由于有机电子器件的阻抗较大[>1TQ(10122)]，因此测试系统所有元件的输入阻抗应至少比器件中的最高阻抗高出3个数量级。具有表征有机电子器件能力的商用半导体系统通常具有至少1PQ2（10152)的输人阻抗值本测试方法要求根据一组已知且恰当的标准样品对仪器进行校准。仪器校准可由仪器用户或仪器供应商执行。如果不使用已知的OFET或其他FET器件对仪器进行校准，则根据可溯源的方法对基本仪器操作（例如电压、电流和电阻）进行校准。当仪器发生了移动或测试条件发生显著变化时（例如，温度变化大于10℃，RH变化大于30%），应按照仪器说明书对仪器重新校准。4.2
测试技术
4.2.1必要的测试
有机晶体管的表征应至少选取下列测试中的两组进行。4
转移特性（IDs-VGs）曲线，用于初步确定μ和VT。a）
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提供饱和区和常规电学特性信息的输出特性（IDs-VDs）曲线，用于确定器件是否出现类似b）
FET的行为。
表征栅极电介质质量并量化从栅极到沟道的泄漏电流的栅极泄漏（IGs-VGs）曲线。在转移特性或输出特性测试之前进行泄漏测试，以确保在进行后续测试之前栅极电介质层的完整性。有必要测试栅极泄漏电流，只有确保栅极泄漏电流相对于漏极电流可忽略不计时，才能测得可靠且有用的器件特性并提取出关键参数。4.2.2推荐的测试
宜进行寄生电容（CGp和CGs）的附加测试。寄生电容对器件开关速度存在负效应，可影响器件电学特性的表征。
4.3重复性和报告样本量
由于制备工艺的差异，不同器件的性能可能会有所不同。此外，确定报告结果的可重复性也很重要。应按以下方式报告样本量：a）如果未报告样本量，则假定数据代表的样本量为1（可能无法代表可重复的结果）；b）对于大于1的样本量，报告样本量时附带取样方法（写明是对所有器件进行了表征，或是从总样本集中随机抽取一部分等）。还应对报告的数据所表明的内容（平均值、极端情况等)进行描述。4.4低噪声技术的应用
通常，低的绝对栅极偏置电压会比高的绝对栅极偏置电压产生的应力效应更小，例如阈值电压的漂移。根据器件结构，通过将被测器件接入大地（安全接地）可减少漂移。通过低阻抗路径的系统接地可进一步减少漂移。
为了使不同的器件结构具有可比性并与纳米电子器件兼容，宜参考相应的沟道厚度和沟道长度设置电压。提供足够的信息，以便确定电场。理想情况下给出明确的电场值。由于某些有机半导体材料具有光敏性，所有测量宜在接人大地（安全接地）的黑箱内进行。如果在光照和黑暗环境中的测量值相差超过1%，宜进行光学屏蔽。由于测量的阻抗高且电流值极低，在测量系统运行期间，宜尽量远离人员、重型机械或其他潜在的电磁干扰/射频干扰源。当测量电压低于1mV或电流值小于1μA时，这一点尤其值得注意。5标准OFET表征程序
5.1OFET表征过程指南
表1、表2和表3列出了用于OFET器件电学特性表征的参数设置示例。注意，这些值仅作为一般指导原则，可能会因器件属性不同而存在较大差异。按照以下方式进行选择。a）步长足够小，每条曲线数据点至少有10个，宜有25个或更多。数据点数量的增加能够得到更精确的拟合曲线和更大的噪声/离群值容差，因此参数提取更加精确。以清晰的方式报告每次测量所用的点数（例如，起始值、终止值和步长值测量的点数等）。选择不同的栅极电压值，以给出至少3条Ips-Vps曲线。宜给出5条或更多曲线。栅极电压值b）
能反映完整的预期工作范围和/或展示完整的器件工作范围。c）最小驻留时间为10ms，每个数据点宜驻留100ms或更长时间。驻留时间取决于器件和仪器5
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