有機薄膜電晶體在近年來一直是熱門的研究主題之一，尤其是在軟性電子領域，基於其具有低溫製程、低廉成本、延展性、大面積製作、製程簡單等優點，使其不論在設計的彈性或應用的空間上都比無機材料矽基板大，未來將成為軟性電子的主流。
有機薄膜電晶體的發展
從1980年以來，有機材料應用於OTFTs的研究被廣泛探討。其開發的重點是在改善有機薄膜電晶體電特性的重要參數−場效遷移率，而有機材料的場效遷移率從10--5cm2/Vs提升至10 cm2/Vs（圖二），其表現甚至已超越非晶態矽。基於有機電晶體可做為開關的特性，其應用範圍相當廣，例如在積體電路方面，2000年美國貝爾實驗室研究團隊首先使用864顆有機電晶體在矽基板上組成一個積體電路，2004年英飛凌科技公司更進一步在特殊紙上製作有機積體電路。另外，在射頻晶片電路(RFID Circuit)方面，2003年3M公司成功使用五苯(Pentacene)開發出操作頻率125 kHz的RFID電路，隨之，德國PolyIC公司在2006年即發表以印刷製程及卷對卷製程生產RFID，操作頻率高達13.56 MHz。在顯示器方面，可藉由有機場效電晶體和電容組成2T1C電路（圖三），形成主動式矩陣有機發光二極體的畫素，在2005年飛利浦公司的實驗室結合有機場效電晶體和有機發光二極體，在可撓式基板上製作出4.7吋、解析度為QVGA（Quarter VGA, 240×320畫素）的AMOLED。
圖二、有機與無機材料遷移率之比較
有機薄膜電晶體之元件結構與機制
有機薄膜電晶體又可稱為有機場效電晶體(Organic Field-effect Transistor; OFET)，與一般金屬氧化物半導體電晶體最大不同處在於其以有機半導體材料取代傳統元件中的無機矽半導體材料。對於有機電晶體之研究，大多強調其可製作在軟性可撓式塑膠或薄金屬基板上，低製程溫度(<200℃)且製作成本低廉，如可利用旋轉塗佈法或噴墨列印製程製備等。
對於有機電晶體的操作方面，以P型通道有機電晶體為例，當施加一個負偏壓於閘極電極上形成閘極電壓(Gate Voltage; Vg)時，由於絕緣層必須維持電中性，所以會在有機半導體層與絕緣層界面上感應出正電荷，隨著施加更大的負偏閘極電壓時，會在有機半導體層中累積出一條正電荷的通道，如圖五所示；而在N型通道有機場效電晶體中，施加一個正偏的閘極電壓時，會在有機半導體層與絕緣層界面上感應出負電荷，隨著施加更大的正偏閘極電壓時，會在有機半導體層中累積出一條負電荷的通道。不論P型或N型通道的有機場效電晶體，當元件累積出電荷通道時，此時施加的閘極電壓定義為臨界電壓。當閘極電壓大於臨界電壓時，元件為開(Pinch On)的狀態；而小於臨界電壓時則處於關(Pinch Off)的狀態，開與關兩個狀態的電流比稱為電流開關比(Current on/off Ratio, Ion/Ioff)，較大的電流開關比有較明顯的開關器功能。
圖五、N型與P型OTFT操作模式
台灣於有機薄膜電晶體之現有研發能量
在材料上，國內學術研究單位如中研院及台、清、交、成等大學，已開發出高載子遷移率的高分子材料，以旋轉塗佈方式成膜而達到節省製程時間的目的。在元件結構上，中研院、工研院，以及清大、交大等大學提出熱蒸鍍與旋轉塗佈方式來建構有機垂直型薄膜電晶體，不但克服了通道長度受限於金屬光罩的缺點，更有效地降低操作電壓及提高操作頻率。工研院在2009年宣布與友達、義隆電簽約，共同發展軟性電子紙及應用於軟性電子紙上的觸控技術。工研院並將運用多年來法人科專所建立以有機電晶體所製作之軟性主動背板與多點觸控技術能量，協助友達與義隆電進行大尺寸軟性電子紙及大面積軟性多點觸控產品技術驗證，共同開發軟性電子書與電子紙市場新應用…以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：朱治偉/中央研究院應用科學研究中心
★本文節錄自「工業材料雜誌285期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8826