Umem-based capacitance model for organic field effect transistors: development and implementation

Abstract

En este trabajo de tesis se ha desarrollado un nuevo modelo analítico y compacto de carga y capacitancia para transistores orgánicos de efecto de campo (OFETs por sus siglas en inglés) al que hemos llamado UBCM. El modelo es válido y continuo en todas las regiones de operación del dispositivo, que son acumulación, agotamiento parcial y agotamiento total, asumiendo una operación cuasi-estática, por lo que es válido para bajas y medias frecuencias. Los parámetros aplicados en UBCM son analíticamente extraídos de las características de corriente-voltaje de los OFETs mediante UMEM (Método de Extracción de Parámetros y Modelo Unificado), por lo que UBCM es consistente con el modelo de corriente que describe al dispositivo. Finalmente UBCM se ha implementado en simuladores de circuitos mediante su código en Verilog-A y Spice, y ha sido utilizado en la simulación de inversores orgánicos, resultados que se han validado con mediciones experimentales.

We developed a new charge and capacitance analytical compact model for organic field effect transistors (OFETs) which we have called UBCM. The model is continuous and valid in all device operation regimes, i.e. accumulation, partial depletion and total depletion. It operates at low and medium frequencies since a quasi-static operation is assumed. The parameters applied in UBCM are analytically extracted from the current-voltage (I-V) characteristics of the OFETs using the unified model and extraction method (UMEM), thus the capacitance model is consistent with the I-V one. The overlap capacitance effect is taken into account and the frequency dependence is considered empirically by means of the insulator permittivity. Comparisons between modeled and experimental gate-to-channel capacitances of OTFTs based on different materials show the validity of the model. Finally, UBCM was implemented in circuit simulators by means of its Verilog-A and Spice codes to simulate organic inverters.