單一有機薄膜電晶體不再只有P型或N型的電性，而是可以同時擁有P型和N型的電 性，這樣的電晶體我們便稱為雙極性(Ambipolar)有機薄膜電晶體，它能夠減少製程和設 計電路的麻煩，不用考慮是要製作P型或N型的電晶體的問題，可同時操作在正負偏壓而 得到所需之電性。工作原理如圖2-1[21]所示，假設操作在正偏壓，固定Vg且Vg > VTh,e(VTh,e
為累積電子的臨界電壓)，當Vg ≧ Vd時，元件只有電子在流動，但是隨著Vd的增加，Vg
- Vd< VTh,h(VTh,h為累積電洞的臨界電壓)時，靠近汲極端的區域會產生電洞，此時主動 層同時有電子和電洞的傳輸，若是Vg＜VTh,e且Vg - Vd< VTh,h時，會在汲極端注入電洞，
且沒有電子通道產生，因此雙極性薄膜電晶體可隨著Vg、Vd的變化，電性會有所改變。
圖2- 1 (a)源極與汲極間通道對應的電位關係；(b)當源極與汲極和閘極間有一特定的電 位時，通道中會同時累積電子和電洞；(c)(d)分別為雙極性電晶體的Id-Vg和Id-Vd圖[21]
目前雙極性有機薄膜電晶體主要有三種結構(圖 2-2)，雙層結構(bilayer)、混合結構
(blend)和單一結構(single-component)。混合結構和單一結構其實很相像，都只有單層主 動層，其差別在於混合結構是用兩種材料組成，個別提供N 型和 P 型的電性，而單一結 構則是只有一種半導體材料，但卻可感應出兩種電性，而雙層結構的主動層則是由一個 P 型材料和一個 N 型材料堆疊而成，讓電洞和電子在不同材料層傳遞，值得注意的是，
雙層結構的厚度和接面，會影響雙極性有機薄膜電晶體的電性，所以要找到適當的P 型 和N 型材料並不容易。
圖2- 2 常見的雙極性有機薄膜電晶體結構
對於Ambipolar OTFT而言，目前最大的挑戰在於空氣中的穩定性，如同N-type OTFT，最大的問題也是在大氣下電子通道無法順利產生，以至於只能展現出單一電性，
而目前文獻上發表的Ambipolar OTFT電性多半是在惰性氣體下量測[37-40]，這對要應用的 電晶體是一個致命的缺點，雖然也有些研究團隊[41,42]研發出可在空氣中操作的雙極性有 機薄膜電晶體，如Haibo Wang等人[42]在2006 年發表於Applied Physics Letters國際期刊利 用BP2T和F16CuPc兩種材料作成bilayer的結構，成功製造出可在空氣中穩定量測的 Ambipolar OTFT，且電子和電洞的載子遷移率可達 0.036 cm2/Vs和 0.04cm2/Vs，但這是 利用兩種在空氣中都穩定的材料，想製作穩定的Ambipolar OTFT卻總是侷限在某幾種材 料。
本論文將利用pentacene和PTCDI-C8 兩種材料製作成bilayer結構的雙極性有機薄膜 電晶體，其中，pentacene屬於P-type且在空氣中穩定的有機半導體材料，PTCDI-C8 則是 N-type但無法在空氣中量測的材料，而我們將利用有機絕緣層來修飾SiO2基板，使雙極
性有機薄膜電晶體中N-type的電性能順利出現在大氣環境下，並找出適當的結構，接著，
探討主動層的厚度對於電性的影響及一些雙極性有機薄膜電晶體的特性，最後將 Ambipolar OTFT製作成inverter，且可以操作在正偏壓和負偏壓。