Yöntem makalesi

Esnek Organik Tek Kristal tabanlı Alan etkili Transistörler Elektrik Özelliklerine Bükme etkisi

DOI:

10.3791/54651

⸱

7 Kasım 2016

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

Bu makalede

Özet

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

Bu el yazması, elektronik özellik ölçümü için işleyen bir cihazı korumak için organik bir tek kristal tabanlı alan etkili transistörün bükme işlemi anlatılmaktadır. sonuçlar, kristal moleküler aralık ve böylece esnek elektronik önemlidir şarj atlamalı oranı, eğilme nedenler değişir.

Özet

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

organik yarı iletken şarj taşıma gayet elektronik kaplin etkiler kristal, moleküler ambalaj üzerinde son derece bağlıdır. Ancak, organik yarı iletkenler kritik bir rol oynadığı yumuşak elektronik, cihazlar bükük olacak, art arda veya katlanmış. kristal paket ve bu nedenle yük taşıma bükülme etkisi cihazının performansı için çok önemlidir. Bu yazıda, alan etkili transistör yapılandırmasında 5,7,12,16-tetrakloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) tek bir kristal bükmeye ve kristal bükme üzerine tekrarlanabilir IV özelliklerini elde etmek için protokol açıklar. Sonuçlar, şarj hareketlilik neredeyse geri dönüşümlü henüz zıt eğilimler esnek bir alt tabaka sonuçlarına hazırlanmış bir alan etkili transistör eğme yönüne bağlı olarak ortaya koymaktadır. Cihaz üst geçit / dielektrik katman (yukarı, basınç durumu) doğru eğildi ve olmak zaman azalır hareketlilik artarnt kristal / substrat tarafında (aşağı, çekme durum) doğru. eğrilik bükülme etkisi de daha yüksek bir bükülme eğriliği elde edilen daha büyük bir hareket değişikliği gözlenmiştir. Bu olduğu ileri sürülmektedir böylece elektronik kavrama ve sonraki taşıyıcı taşıma yeteneğini etkileyen, bükme üzerine moleküller π-π mesafe değişir.

Giriş

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

Sensörler, görüntüler ve giyilebilir elektronik olarak yumuşak elektronik cihazlar, şu anda tasarlanmış olması ve daha aktif araştırılmış ve birçok hatta son yıllarda 1,2,3,4 piyasadaki başlatılmıştır vardır. Organik yarı iletken malzemeler, düşük geliştirme maliyeti dahil kendi içsel avantajları, bu elektronik cihazlarda önemli bir rol oynamaktadır, yetenek özellikle onların esneklik inorganik yarı iletkenler 5,6 ile karşılaştırıldığında, çözelti içinde veya düşük sıcaklıklarda hazırlanan ve olmak. Bu elektronik için özel bir göz onlar sık ​​sık eğilme tabi olacaktır. Bükme bileşenleri ve cihaz içinde malzeme yük getirmektedir. Bu tür cihazlar bükülmüş olarak istikrarlı ve tutarlı bir performans gereklidir. Transistörler bu elektronik çoğunda önemli bir bileşenidir, ve eğilme altında performans ilgi çekicidir. Bir dizi çalışmada, organik t bükerek bu performans sorunu ele alınmıştırhin filmi 7,8 transistörleri. eğilme üzerine iletkenlik değişiklikler bir polikristal ince film hububat arasındaki boşluk değişiklikler atfedilebilir olsa da, sormak için daha temel bir soru iletkenliği bükme üzerine tek kristal içinde değişebilir olup olmadığıdır. Organik moleküller arasındaki yük iletim molekülleri ile nötr ve yüklü Devletleri 9 arasındaki iç yer tadilatı enerji arasındaki elektronik bağlantı kuvvetle bağlı olduğu kabul edilmektedir. Elektronik bağlantı komşu moleküller arasında sınır moleküler orbitallerin örtüşmesi uzaklığa son derece duyarlıdır. İyi sıralı kristal bükme gerginlik tanıtır ve kristal içindeki moleküllerin göreli konumunu değiştirebilir. Bu, tek bir kristal bazlı alan etkili transistor ile test edilebilir. Bir rapor 10 bükme üzerine kristal kalınlığının etkisini araştırmak için esnek bir alt tabaka üzerine rubrene tek kristalleri kullanılır. dedüz alt-tabaka hazırlanmıştır bakır falosiyanin nanotel kristalleri ile mengene 11 büküm sırasında yüksek bir mobiliteye sahiptir gösterildi. Ancak, farklı yönlere bir FET cihaz bent için özellikleri araştırılmış değil.

Molekül 5,7,12,16-tetrakloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) bir N-tipi yarı iletken malzeme 12'dir. TCDAP kristal 3,911 Å bir hücre uzunluğunda birim hücrenin bir eksen boyunca komşu moleküller arasında kaymıştır π-π istifleme ile monoklinik ambalaj motifi vardır. Kristal uzun iğneler vermek için bu ambalaj doğrultusu boyunca büyür. Bu yönde ölçülen maksimum n-tipi alan etkili hareketlilik cm2 / V · sn 3.39 ulaştı. kıtır ve kırılgan olan çok organik kristaller farklı olarak, TCDAP kristal son derece esnek olduğu bulunmuştur. Bu çalışmada, iletken bir kanal olarak TCDAP kullanılan ve esnek bir alt tabaka o tek kristal alan etkili transistör hazırlananF polietilen tereftalat (PET). Hareketlilik (aşağı) veya (yukarı) kapı / dielektrik tarafına doğru bükülmüş esnek alt tabaka doğru cihaz bükülmüş, düz bir tabaka üzerinde kristal ölçüldü. IV veri komşu arasında istifleme / bağlantı mesafesi değişikliklere dayalı analiz edildi moleküller.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

TCDAP 12 hazırlanması 1.

  1. Literatür prosedürleri takip ederek 13 TCDAP sentezlemek.
  2. 340, 270 ayarlanmış üç sıcaklık bölgeleri ile, sıcaklık gradyanı süblime yöntemiyle TCDAP ürünün arıtılması ve 250 ° C, sırasıyla 10 -6 Torr 12,14 bir vakum basınç altında gerçekleştirilebilir.

2. TCDAP Fiziksel Buhar Transferi Kullanma (PVT) Sistem 14 Tek Kristal büyütün

  1. (1.2 sm bir çapı olan 15 cm uzunluğunda) (5 cm) bir teknenin bir ucunda TCDAP örnek koyun ve bir cam iç tüp içine tekne yük.
  2. Daha uzun bir cam (83 cm uzunluğunda ve çapı 2 cm) tüpe iç tüp yükleyin ve açılış yaklaşık 17 cm kadar içeri itin.
  3. (Uzun 60 cm ve çapı 2.5 cm) yatay bir rafa sabitlenmiş bir bakır boru içine uzun cam tüp yükleyin; Emin TCDAP tekne bir ısıtma bandı ar tarafından tanımlanan ısıtma alanının ortasında yer almaktadır olunbakır boru ound.
  4. 30 cc / dk bir akış oranında helyum gazı ile PVT sistemi temizlemek ve daha sonra 310 ° C'ye kadar ısıtma bandı ısıtmak için transformatör açmak; iki gün boyunca bu sıcaklıkta tutulur.
  5. Oda sıcaklığına soğutma sistemi sonra, iç borudan kristalleri toplamak.

3. Cihaz İmalatı

  1. 30 dakika her biri için, sıra ile, bir şişe içerisine, 200 mikron kalınlığında şeffaf, önceden kesilmiş PET maddesi (2 cm x 1 cm) koyun ve deterjan solüsyonunda sonikasyon, iyonu giderilmiş su ve aseton ile temizleyin. Azot akışı ile alt-tabakanın kurutun.
  2. PET maddesi üzerinde çift taraflı bant yerleştirin.
  3. Bir stereomikroskop altında kristaller inceleyin. Cihaz imalat için ~ 5 mm x ~ 0.03 mm boyutlarında kristaller parlayan, kaliteli seçin. çift ​​taraflı bant PET substrat uzunluğunda bir iğne benzeri TCDAP kristal paralel yerleştirin ve sıkıca sabitleyin.
  4. Bir stereomikroskop altında, wat uygulamakkaynak ve drenaj olarak hareket kristal iki ucundan uzanan bir çizgi (birkaç mm) bir mikrolitre şırınga iğnesi aracılığıyla-tabanlı bir kolloidal grafit. kurutun ve (0.6-1 mm tutmak) tüm kanal uzunluğunu belirlemek için bir optik mikroskop altında, iki grafit noktalar arasındaki mesafeyi ölçmek için kolloidal grafit için yaklaşık 30 dakika boyunca bekleyin.
  5. mikroskobik slayt PET alt tabakayı düzeltmek için karbon iletken bant kullanın. depozisyon odasının piroliz tüpün sonuna slayt yerleştirin.
  6. yalıtkan bir öncüsünün 0.5 g, [2.2] paracyclophane tartılır ve piroliz borusunun girişinin yakınına yerleştirin.
  7. 10 -2 Torr bir vakum sistemini Pompa. 700 ° C arasında önceden belirlenmiş bir sıcaklığa tüpü merkezine yakın piroliz alanından önceden ısıtılması ve bu sıcaklıkta muhafaza.
  8. 150 ° C [2.2] paracyclophane örneği ısıtın. öncüsünün buharlar piroliz bölgesi üzerinden geçecekpolimerize etmek için piroliz borusunun sonuna yoğunlaştığı monomerler, elde edildi.
  9. piroliz / polimerizasyon reaksiyon 2 saat süre ile devam edelim.
  10. sistemini soğumaya ve piroliz tüp numune almak.
  11. tabakanın adım yüksekliklerinin ölçülmesi ve alt-tabaka, üreticinin talimatlarına göre bir profilometre ile tevdi dielektrik katman kalınlığını belirler.
  12. Kapı elektrot olarak hizmet etmek için kristalin yukarıdaki dıelektrık katmanın arkasındaki çizgi bir mikrolitre şırınga iğnesi ile izopropanol-esaslı koloidal grafit uygulanır.

4. Aygıt Performans ölçün

  1. Bağlantı için altındaki elektrotlar ortaya koymak için kaynak / tahliye elektrot alanı üzerinde polimerik dielektrik film boyunca bir delik kesmek için neşter kullanın.
  2. bir stand ve kelepçeler yardımıyla, temas analizör Elektrot probları getirmekkaynak / drenaj / kapı elektrotlar. üreticinin talimatlarına göre farklı kapı potansiyellerde IV özelliklerini kaydedin.
    Not: Burada, kapı potansiyelleri 15 V adımlarda 60 V -60 V ayarlanır.

5. Bükme Deneyler

  1. Farklı yarıçap (14.0 mm, 12.4 mm, 8.0 mm ve 5.8 mm) silindir etrafında esnek PET maddesi arkasını sarmak, gerilme durumunda özelliklerini ölçmek ve vakum bant ile dört taraftan silindire PET substrat düzeltmek için .
  2. kaynak / drenaj / kapı elektrotlara probları bağlayın ve 4.2 açıklandığı gibi farklı kapı potansiyellerde IV özelliklerini ölçmek.
  3. basınç halde ölçülmesi için, bir silindirin sonuna doğru PET maddesi ön tarafının yarısını sarmak, kristal / kaynak / drenaj / kapı elektrotlarının yapılmamış silindir bakacak ve bu yine de maruz kalır. Vakum bant (bkz silindirin PET substrat sabitleyin. 5 ).
  4. kaynak / drenaj / kapı elektrotlara probları bağlayın ve 4.2 açıklandığı gibi farklı kapı potansiyellerde IV özelliklerini ölçmek.
    NOT: Cihaz yapısının enine kesit bir görünümüdür Şekil l'de gösterilmiştir. 1.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Tek kristal XRD analizi TCDAP bir eksen. Şekil boyunca ambalaj molekülleri ile uzun bir π sistemi olduğunu ortaya koymaktadır. 2, bir TCDAP kristal toz XRD ile tarama modelini gösterir. Keskin tepe noktalarının bir dizi kristalin toz sapması modeli karşılaştırılarak, yalnızca (0, k, ℓ) düzlemlerin ailesine tekabül gözlenir. Bu Şekil l'de gösterildiği gibi, kristal yapısı yönlendirilmiştir olduğunu ifade eder. 3..

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Bu deneyde, bir dizi parametre alan etkili hareketlilik başarılı ölçümünü etkiler. İlk olarak, tek kristal yeterince büyük özelliği ölçümü için bir alan etkili bir aygıt içine yerleştirilebilir olmalıdır. fiziksel buhar transferi (PVT) yöntemi büyük kristaller yetiştirilebilir sağlayan biridir. sıcaklık ve taşıyıcı gaz akış oranının ayarlanması ile, boyutları kristallerin yarım santimetre elde edilebilir için. İkinci olarak, tek bir kristal seçimi önemlidir. Bir belirgin tek kristal kristal demetleri içerebilir ve bükül...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

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

Bu çalışma, Tayvan, Çin Cumhuriyeti Bilim ve Teknoloji Bakanlığı tarafından 101-2113-M-001-006-MY3 No'lu Hibe ile desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Kolloidal Grafit (su bazlı)TED PELLA,INCNO.16053
Kolloidal Grafit (IPA bazlı)TED PELLA,INCNO.16051
[2.2]Parasiklofan, %99Alfa Aesar1633-22-3
polietilen tereftalatUni-Onward
Mini-Mite 1,100 ° C Tüp Fırınlar (Tek Bölge)Thermo ScientificTF55030A
Agilent 4156C Hassas Yarı İletken Parametre KeysightHP4156

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Esnek Organik Transist rlerB k lme EtkileriY k MobilitesiKristal PaketlemeTCDAP Tek KristalAlan Etkisi KarakterizasyonuAltl k B k lmesiElektronik KenetlenmeTersine evrilebilir MobiliteB k lme E rili i

İlgili makaleler