Efeito da flexão no Características elétricas dos transistores de efeito de campo baseados em cristal flexível Orgânico Um único
Summary
Este manuscrito descreve o processo de dobra de um único transistor de efeito de campo baseados em cristal orgânico para manter um dispositivo de funcionamento para a medição de propriedades eletrônico. Os resultados sugerem que provoca alterações da flexão no espaçamento molecular no cristal e, portanto, da taxa de saltos de carga, que é importante em electrónica flexíveis.
Abstract
O transporte de carga em um semicondutor orgânico depende muito da embalagem molecular no cristal, que influencia o acoplamento eletrônico imensamente. No entanto, em electrónica moles, em que os semicondutores orgânicos desempenham um papel crítico, os dispositivos irão ser dobrada ou dobrada repetidamente. O efeito de flexão no empacotamento cristalino e, assim, o transporte de carga é crucial para o desempenho do dispositivo. Neste artigo, nós descrevemos o protocolo para dobrar um único cristal de 5,7,12,16-tetra-cloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) na configuração do transistor de efeito de campo e obter características reproduzíveis IV mediante flexão do cristal. Os resultados mostram que a flexão de um transistor de efeito de campo preparadas no substrato flexível resultados em tendências opostas ainda quase reversíveis na mobilidade de carga, dependendo do sentido de dobragem. A mobilidade aumenta quando o dispositivo é dobrada em direção a camada de portão superior / dielétrica (para cima, estado de compressão) e diminui quando sent para o lado do cristal / substrato (para baixo, estado de tensão). Também foi observado o efeito de flexão curvatura, com mudança maior mobilidade resultante da maior curvatura dobra. Sugere-se que os intermoleculares mudanças π-π curso, a seu dobra, influenciando assim o acoplamento eletrônico ea subsequente capacidade de transporte do transportador.
Introduction
Dispositivos electrónicos macios, tais como sensores, displays e produtos eletrônicos portáteis, estão actualmente a ser concebido e pesquisado de forma mais activa, e muitos sequer foram lançados no mercado nos últimos anos 1,2,3,4. Materiais semicondutores orgânicos desempenham um papel importante nestes dispositivos electrónicos devido às suas vantagens inerentes, incluindo o desenvolvimento de baixo custo, a capacidade de ser preparados em solução ou em baixas temperaturas, e, em particular, a sua flexibilidade quando comparado com os semicondutores inorgânicos 5,6. Uma consideração especial para estes aparelhos é que eles vão ser submetidos a flexão frequente. Bending introduz tensão nos componentes e os materiais dentro do dispositivo. Um desempenho estável e consistente é necessário que tais dispositivos são dobrados. Transistores são um componente vital na maioria desses eletrônica, e seu desempenho em flexão é de interesse. Uma série de estudos têm abordado este problema de desempenho, dobrando orgânica tfilme hin transistores 7,8. Embora as alterações na condutância sobre flexão pode ser atribuída às mudanças no espaçamento entre os grãos de uma fina película policristalina, uma questão mais fundamental a fazer é se a condutância pode mudar dentro de um único cristal mediante flexão. É bem aceito que o transporte de carga entre moléculas orgânicas depende fortemente do acoplamento eletrônico entre as moléculas ea energia de reorganização envolvidos na interconversão entre os estados neutras e carregadas 9. acoplamento eletrônico é altamente sensível à distância entre moléculas vizinhas e à sobreposição de orbitais moleculares de fronteira. A flexão de um cristal bem ordenado e introduz estirpe pode alterar a posição relativa das moléculas dentro do cristal. Isto pode ser testado com um único transistor de efeito de campo com base em cristal. Um relatório usou um único cristal de rubreno sobre um substrato flexível para estudar o efeito da espessura do cristal em cima dobra 10. devícios com cristais de nanofios de cobre ftalocianina preparados em um substrato plano foram mostrados para ter uma maior mobilidade em cima dobra 11. No entanto, as propriedades para uma inclinação dispositivo FET em diferentes direções não foram exploradas.
A molécula de 5,7,12,16-tetra-cloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) é um material semicondutor do tipo n 12. O cristal de TCDAP tem um motivo de embalagem monoclínica com empilhamento deslocado π-π entre moléculas vizinhas ao longo do eixo da unidade de célula a um comprimento de célula de 3,911 Â. O cristal cresce ao longo deste sentido de embalagem para dar origem a agulhas longas. O valor máximo do tipo n mobilidade de efeito de campo medido ao longo desta direção chegou a 3,39 cm2 / V · sec. Ao contrário de muitos cristais orgânicos que são quebradiços e frágeis, TCDAP cristal se encontra a ser altamente flexível. Neste trabalho, foram utilizados TCDAP como o canal de condução e preparou o cristal único transistor de efeito de campo em um substrato flexível of tereftalato de polietileno (PET). Mobilidade foi medido para o cristal sobre um substrato plano, com a inclinação do dispositivo para o substrato flexível (para baixo) ou dobrados em direção ao portão / side dielétrica (para cima). IV Os dados foram analisados com base em alterações na distância de empilhamento / acoplamento entre os vizinhos moléculas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nesta experiência, um número de parâmetros afectam a medição bem sucedida da mobilidade de efeito de campo. Em primeiro lugar, o cristal único deve ser grande o suficiente para ser fabricada num dispositivo de efeito de campo para a medição de propriedades. O método de transferência de vapor físico (PVT) é o que permite que os cristais maiores a serem cultivadas. Ao ajustar a temperatura e a taxa de fluxo do gás portador, cristais de tamanhos até metade de um centímetro pode ser obtido. Em segundo lugar, …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Ministry of Science and Technology, Taiwan, Republic of China through Grant No. 101-2113-M-001-006-MY3.
Materials
| Colloidal Graphite(water-based) | TED PELLA,INC | NO.16053 | |
| Colloidal Graphite(IPA-based) | TED PELLA,INC | NO.16051 | |
| [2,2]Paracyclophane,99% | Alfa Aesar | 1633-22-3 | |
| polyethylene terephthalate | Uni-Onward | ||
| Mini-Mite 1100°C Tube Furnaces (Single Zone) | Thermo Scientific | TF55030A | |
| Agilent 4156C Precision Semiconductor Parameter | Keysight | HP4156 |
Referenzen
- Sekitani, T., Zschieschang, U., Klauk, H., Someya, T. Flexible Organic Transistors and Circuits with Extreme Bending Stability. Nat. Mater. 9, 1015-1022 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- Jedaa, A., Halik, M. Toward Strain Resistant Flexible Organic Thin Film Transistors. Appl. Phys. Lett. 95, (2009).
- 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).
- Sekitani, T., et al. Bending Experiment on Pentacene Field-Effect Transistors on Plastic Films. Appl. Phys. Lett. 86, 073511 (2005).
- 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).
- 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).
- Briseno, A. L., et al. High-Performance Organic Single-Crystal Transistors on Flexible Substrates. Adv. Mater. 18, 2320-2324 (2006).
- Tang, Q., et al. Organic Nanowire Crystals Combing Excellent Device Performance and Mechanical Flexibility. Small. 7, 189-193 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
