مقالة منهجية

تأثير الانحناء على الخصائص الكهربائية من الترانزستورات مجال التأثير على أساس الكريستال مرنة عضوي واحدة

DOI:

10.3791/54651

⸱

نوفمبر 7, 2016

 , 
1Institution of Chemistry, Academia Sinica, 2Department of Chemistry, National Central University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

توضح هذه المخطوطة عملية الانحناء لالقائم على الكريستال واحد حقل التأثير الترانزستور العضوي للحفاظ على جهاز سير لقياس خاصية الإلكترونية. وتشير النتائج إلى أن أسباب الانحناء التغييرات في تباعد الجزيئي في وضوح الشمس، وبالتالي في معدل التنقل تهمة، وهو أمر مهم في مجال الالكترونيات مرنة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ونقل المسؤول في أشباه الموصلات العضوية يعتمد بدرجة كبيرة على التعبئة الجزيئية في البلورة، والتي تؤثر على اقتران الإلكترونية بشكل كبير. ومع ذلك، في مجال الالكترونيات الناعمة، التي أشباه الموصلات العضوية تلعب دورا حاسما، سوف تكون عازمة الأجهزة أو مطوية مرارا وتكرارا. تأثير الانحناء على التعبئة وضوح الشمس، وبالتالي نقل التهمة هي حاسمة بالنسبة لأداء الجهاز. في هذا المخطوط، وصفنا بروتوكول لثني الكريستال واحد من 5،7،12،16-tetrachloro-6،13-diazapentacene (TCDAP) في تكوين الترانزستور مجال التأثير والحصول على الخصائص الرابع استنساخه على الانحناء وضوح الشمس. وأظهرت النتائج أن الانحناء الترانزستور مجال التأثير تعد على النتائج الركيزة مرنة في اتجاهات معاكسة بعد عكسها تقريبا في التنقل تهمة، اعتمادا على اتجاه الانحناء. الزيادات التنقل عند عازمة الجهاز نحو أعلى البوابة / طبقة عازلة (التصاعدي، ودولة ضاغطة) وينخفض ​​عندما يكونالإقليم الشمالي نحو الجانب الكريستال / الركيزة (نحو الانخفاض، دولة الشد). وقد لوحظ تأثير الانحناء انحناء أيضا، مع قدر أكبر من التغيير التنقل الناجمة عن ارتفاع انحناء الانحناء. ويشار إلى أن التغييرات بعد π-π الجزيئات على الانحناء، وبالتالي التأثير على اقتران الإلكترونية والقدرة النقل الناقل لاحقة.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأجهزة الإلكترونية لينة، مثل أجهزة الاستشعار وشاشات العرض، والإلكترونيات القابلة للارتداء، ويجري حاليا تصميم والبحث بنشاط أكبر، والعديد منهم حتى تم إطلاقها في السوق في السنوات الأخيرة 1،2،3،4. المواد شبه الموصلة العضوية تلعب دورا هاما في هذه الأجهزة الإلكترونية نظرا لمزاياها الكامنة، بما في ذلك تكلفة التطوير منخفضة، والقدرة على أن تكون على استعداد في حل أو في درجات حرارة منخفضة، وعلى وجه الخصوص، مرونتها عند مقارنة أشباه الموصلات العضوية 5،6. واحدة اهتماما خاصا لهذه الأجهزة الإلكترونية هو أنها ستخضع إلى الانحناء المتكرر. الانحناء يدخل سلالة في مكونات والمواد داخل الجهاز. مطلوب أداء مستقر وثابت كما هي عازمة هذه الأجهزة. الترانزستورات هي عنصر حيوي في معظم هذه الأجهزة الإلكترونية، وأدائها تحت الانحناء هو من مصلحة. وقد تناول عدد من الدراسات هذه المشكلة الأداء عن طريق الانحناء ر العضويةهين فيلم الترانزستورات 7،8. في حين أن التغيرات في تصرف على الانحناء يمكن أن يعزى إلى تغيرات في التباعد بين الحبوب في طبقة رقيقة الكريستالات، أن السؤال الأكثر جوهرية الذي يطرح نفسه هو ما إذا كان تصرف قد تتغير داخل الكريستال واحد على الانحناء. ومن المقبول أيضا أن نقل الشحنة بين الجزيئات العضوية يعتمد بقوة على اقتران الإلكتروني بين الجزيئات والطاقة إعادة تنظيم المشاركة في interconversion بين الدول المحايدة واتهم 9. اقتران الإلكترونية حساس للغاية لبعد المسافة بين الجزيئات المجاورة وإلى تداخل الحدود المدارات الجزيئية. الانحناء من الكريستال امر جيد يدخل الإجهاد ويمكن أن تغير الوضع النسبي للجزيئات داخل البلورة. ويمكن اختبار هذا مع القائم على الكريستال واحد حقل التأثير الترانزستور. استخدم تقرير واحد بلورات واحدة من rubrene على ركيزة مرنة لدراسة تأثير سماكة الكريستال على الانحناء 10. ديوقد أظهرت الرذائل مع بلورات أسلاك متناهية الصغر النحاس فثالوسيانين أعدت على ركيزة مسطحة أن يكون حراكا العالي على الانحناء 11. ومع ذلك، لم يتم استكشاف خصائص عازمة جهاز المجالي في اتجاهات مختلفة.

جزيء 5،7،12،16-tetrachloro-6،13-diazapentacene (TCDAP) هو نوع ن مادة شبه موصلة 12. وضوح الشمس من TCDAP لديه فكرة التعبئة أحادي مع تحول التراص π-π بين الجزيئات المجاورة على طول محور الخلية وحدة بطول خلية من 3.911 Å. الكريستال ينمو على طول هذا الاتجاه التعبئة لإعطاء الإبر الطويلة. بلغ الحد الأقصى من نوع ن حقل التأثير التنقل قياس طول هذا الاتجاه 3.39 سم 2 / V · ثانية. على عكس العديد من بلورات العضوية التي هي هشة وهشة، وجدت الكريستال TCDAP أن تكون مرنة للغاية. في هذا العمل، كنا TCDAP كقناة إجراء وإعداد الكريستال واحد حقل التأثير الترانزستور على ركيزة س مرنو البولي اثيلين (PET). وقد تم قياس التنقل لوضوح الشمس على ركيزة مسطحة، مع ثنى جهاز نحو الركيزة مرنة (الانخفاض) أو تقف أمام بوابة / الجانب عازلة (صعودا). وقد تم تحليل يستند الرابع البيانات على التغييرات في المسافة التراص / اقتران بين الدول المجاورة الجزيئات.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد TCDAP 12

  1. توليف TCDAP باتباع الإجراءات الأدب 13.
  2. تنقية المنتج TCDAP من طريقة التسامي درجة الحرارة التدرج، مع مناطق درجة ثلاثة وضعت في 340، 270، و 250 درجة مئوية، على التوالي، تحت ضغط الفراغ من 10 -6 عربة 12،14.

2. تنمو بلورات واحدة من 14 نظام TCDAP باستخدام نقل بخار المادية (PVT)

  1. وضع عينة TCDAP في نهاية واحدة من قارب (5 سم) وتحميل القارب في أنبوب الداخلي الزجاج (15 سنتيمترا وقطره 1.2 سم).
  2. تحميل الانبوب الداخلي في أنبوب أطول الزجاج (83 سم و 2 سم في القطر) ودفعها إلى حوالي 17 سم من فتحة.
  3. تحميل أنبوب زجاجي طويل في أنبوب النحاس (60 سم طويلة و 2.5 سم وقطرها) ثابتة أفقيا على الرف. تأكد من يقع القارب من TCDAP في وسط منطقة التدفئة التي يحددها ع الفرقة التدفئةس اوند أنابيب النحاس.
  4. تطهير النظام PVT مع غاز الهيليوم في معدل التدفق من 30 سم / دقيقة، ثم تتحول على المحولات لتسخين الفرقة التدفئة إلى 310 درجة مئوية. الحفاظ على درجة الحرارة هذه لمدة يومين.
  5. بعد تبريد النظام إلى درجة حرارة الغرفة، وجمع البلورات من الانبوب الداخلي.

تصنيع 3. جهاز

  1. وضع 200 ميكرون سميكة وشفافة، وقطع ما قبل PET الركيزة (2 سم × 1 سم) في قارورة وتنظيفه من قبل صوتنة في حل المنظفات والماء منزوع الأيونات، والأسيتون، في تسلسل، لمدة 30 دقيقة لكل منهما. يجف الركيزة التي تدفق النيتروجين.
  2. وضع الشريط على الوجهين على الركيزة PET.
  3. دراسة البلورات تحت مجهر تشريحي. اختيار نوعية جيدة، مشرقة بلورات مع البعد ~ 5 مم × ~ 0.03 ملم لتصنيع الجهاز. وضع مواز TCDAP وضوح الشمس ما يشبه الإبرة مع طول الركيزة PET على الشريط على الوجهين، وإصلاحه بشكل آمن.
  4. تحت مجهر تشريحي، وتطبيق واتالجرافيت الغروية إيه المستندة خلال إبرة حقنة ميكروليتر في خط (عدة مم) الذي يمتد من طرفي من الكريستال بوصفها المصدر واستنزاف. الانتظار لمدة 30 دقيقة للجرافيت الغروية لتجف وقياس المسافة بين اثنين من البقع الجرافيت تحت المجهر الضوئي لتحديد طول القناة المحدد (يبقيه في 0،6-1 ملم).
  5. استخدام الكربون شريط موصل للإصلاح الركيزة PET على شريحة مجهرية. ضع الشريحة قرب نهاية الأنبوب الانحلال الحراري من غرفة خلع.
  6. تزن 0.5 غرام من السلائف من عازل عازل، [2.2] paracyclophane، ووضعه بالقرب من مدخل الأنبوب الانحلال الحراري.
  7. ضخ أسفل النظام إلى فراغ من 10 -2 عربة. قبل تسخين منطقة الانحلال الحراري بالقرب من وسط أنبوب يصل إلى درجة حرارة محددة مسبقا من 700 درجة مئوية، والحفاظ على درجة الحرارة هذه.
  8. تسخين العينة [2.2] paracyclophane إلى 150 درجة مئوية. والأبخرة من السلائف تمر عبر منطقة الانحلال الحراريلإعطاء أحادية، والتي سوف تتكثف قرب نهاية الأنبوب الانحلال الحراري للبلمرة.
  9. السماح يستمر الانحلال الحراري / رد فعل البلمرة لمدة 2 ساعة.
  10. تهدئة النظام واخراج عينات من أنبوب الانحلال الحراري.
  11. تحديد سمك طبقة عازلة المودعة عن طريق قياس ارتفاع خطوة من طبقة والركيزة باستخدام لprofilometer وفقا لتعليمات الشركة الصانعة.
  12. تطبيق القائمة على الأيسوبروبانول الغروية الجرافيت من خلال إبرة حقنة ميكروليتر في خط على الجزء الخلفي من طبقة عازلة فوق الكريستال لتكون بمثابة القطب البوابة.

4. قياس أداء الأجهزة

  1. استخدام مشرط لقطع حفرة من خلال الفيلم عازل البوليمر فوق منطقة القطب المصدر / هجرة من أجل فضح الأقطاب تحت للاتصال.
  2. مع مساعدة من موقف والمشابك، وجلب تحقيقات الكهربائي من محلل المعلمة في اتصال معالأقطاب المصدر / هجرة / البوابة. تسجيل خصائص الرابع في إمكانات البوابة مختلفة وفقا لتعليمات الشركة الصانعة.
    ملاحظة: وهنا، يتم تعيين إمكانات البوابة من -60 V إلى 60 V في 15 V الخطوات.

5. التجارب الانحناء

  1. لقياس الخصائص في حالة الشد، والتفاف المؤخر الركيزة PET مرنة حول اسطوانات من أنصاف الأقطار المختلفة (14.0 ملم و 12.4 ملم، 8.0 ملم، و 5.8 ملم) وإصلاح الركيزة PET إلى الاسطوانة على أربعة جوانب مع الشريط فراغ .
  2. تواصل التحقيقات لالأقطاب / هجرة / بوابة المصدر وقياس خصائص الرابع في إمكانات البوابة مختلفة كما هو موضح في 4.2.
  3. لقياس في حالة ضاغطة، والتفاف نصف الجانب الأمامي من الركيزة PET حول نهاية اسطوانة، بحيث الأقطاب الكريستال / مصدر / هجرة / بوابة تواجه الاسطوانة وبعد لا تزال عرضة للخطر. إصلاح الركيزة PET على اسطوانة مع الشريط فراغ (انظر الشكل رقم 5 ).
  4. تواصل التحقيقات لالأقطاب / هجرة / بوابة المصدر وقياس خصائص الرابع في إمكانات البوابة مختلفة كما هو موضح في 4.2.
    ملاحظة: ويرد التوضيح مستعرضة من هيكل الجهاز في الشكل. 1.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويكشف تحليل الكريستال حيود الأشعة السينية واحد TCDAP هو نظام π موسع مع جزيئات التعبئة على طول محور الشكل. 2 يبين نمط المسح بواسطة حيود الأشعة السينية مسحوق لبلورة TCDAP. لوحظ سلسلة من قمم حادة، المقابلة فقط لعائلة (0، ك، ℓ) طائرات، من خلال مقارنة مع نمط مسحوق الحيود من الكريستال. وهذا يعني أن التركيب البلوري هو المنحى كما هو مبين في الشكل. 3.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في هذه التجربة، عددا من المعلمات يؤثر على قياس النجاح في التنقل مجال التأثير. أولا، يجب أن تكون الكريستال واحد كبير بما يكفي لتكون ملفقة في جهاز حقل التأثير لقياس الممتلكات. طريقة نقل بخار المادية (PVT) هو الذي يسمح بلورات أكبر لزراعتها. عن طريق ضبط درجة الحرارة ومعدل تدفق الغاز الناقل، بلورات يصل حجمها الى ويمكن الحصول على نصف سنتيمتر. ثانيا، واختيار من الكريستال واحد هو المهم. قد تحتوي على الكريستال واحد واضح حزم من البلورات، والانحناء قد يسبب المتظاهر من الحزم. وهكذا، ويفضل بلو...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا ، تايوان ، جمهورية الصين من خلال المنحة رقم 101-2113-M-001-006-MY3.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
الجرافيت الغروي (القائم على الماء)TED PELLA ، INCNO.16053
الجرافيت الغروي (القائم على IPA) TEDPELLA ، INCNO.16051
[2.2] باراسيكلوفان ، 99٪Alfa Aesar1633-22-3
البولي إيثيلين تيريفثاليتUni-Onward
Mini-Mite 1،100 درجة ؛ أفران الأنبوب C (منطقة واحدة)Thermo ScientificTF55030A
Agilent 4156C معلمة أشباه الموصلات الدقيقةKeysightHP4156

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. Flexible Organic Transistors and Circuits with Extreme Bending Stability. Nat. Mater. 9, 1015-1022 (2010).
  2. Yang, Y., Ruan, G., Xiang, C., Wang, G., Tour, J. M. Flexible Three-Dimensional Nanoporous Metal-Based Energy Devices. J. Am. Chem. Soc. 136, 6187-6190 (2014).
  3. Zhan, Y., Mei, Y., Zheng, L. Materials Capability and Device Performance in Flexible Electronics for the Internet of Things. J. Mater. Chem. C. 2, 1220-1232 (2014).
  4. Zhang, L., Wang, H., Zhao, Y., Guo, Y., Hu, W., Yu, G., Liu, Y. Substrate-Free Ultra-Flexible Organic Field-Effect Transistors and Five-Stage Ring Oscillators. Adv. Mater. 25, 5455-5460 (2013).
  5. Jedaa, A., Halik, M. Toward Strain Resistant Flexible Organic Thin Film Transistors. Appl. Phys. Lett. 95, (2009).
  6. Nomura, K., Ohta, H., Takagi, A., Kamiya, T., Hirano, M., Hosono, H. Room-Temperature Fabrication of Transparent Flexible Thin-Film Transistors Using Amorphous Oxide Semiconductors. Nature. 432, 488-492 (2004).
  7. Sekitani, T., et al. Bending Experiment on Pentacene Field-Effect Transistors on Plastic Films. Appl. Phys. Lett. 86, 073511(2005).
  8. Tseng, C. -W., Huang, D. -C., Tao, Y. -T. Organic Transistor Memory with a Charge Storage Molecular Double-Floating-Gate Monolayer. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 9767-9775 (2015).
  9. Coropceanu, V., Cornil, J., da Silva Filjo, D. A., Olivier, Y., Silbey, R., Bredas, J. L. Charge Transport in Organic Semiconductors. Chem. Rev. 107, 926-952 (2007).
  10. Briseno, A. L., et al. High-Performance Organic Single-Crystal Transistors on Flexible Substrates. Adv. Mater. 18, 2320-2324 (2006).
  11. Tang, Q., et al. Organic Nanowire Crystals Combing Excellent Device Performance and Mechanical Flexibility. Small. 7, 189-193 (2011).
  12. Islam, M. M., Pola, S., Tao, Y. -T. High Mobility N-Channel Single-Crystal Field-Effect Transistors Based on 5,7,12,14-Tetrachloro-6,13-Diazapentacene. Chem. Commun. 47, 6356-6358 (2011).
  13. Weng, S. Z., et al. Diazapentacene Derivatives as Thin-Film Transistor Materials: Morphology Control in Realizing High-Field-Effect Mobility. ACS Appl. Mater. Interfaces. 1, 2071-2079 (2009).
  14. Kloc, C., Simpkins, P. G., Siegrist, T., Laudise, R. A. Physical Vapor Growth of Centimeter-Sized Crystals of Α-Hexathiophene. J. Cryst. Growth. 182, 416-427 (1997).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

TCDAP

مقالات ذات صلة