Effekt av Bending på elektriske egenskaper Fleksibel Organic én krystall-baserte felt-effekt transistorer
Summary
Dette manuskriptet beskriver bøyeprosessen i en organisk én krystall-baserte felteffekttransistor for å opprettholde en fungerende anordning for elektronisk egenskap måling. Resultatene tyder på at bøye fører til endringer i molekylavstand i krystallen, og således i den charge hopping hastighet, noe som er viktig i fleksible elektronikk.
Abstract
Den ladningstransport i et organisk halvleder, avhenger sterkt av molekyl pakningen i krystallen, noe som påvirker den elektroniske koblings umåtelig. Men i myke elektronikk, hvori organiske halvledere spiller en avgjørende rolle, vil enhetene være bøyd eller brettet flere ganger. Effekten av å bøye på den krystall pakking og dermed kostnad transport er avgjørende for ytelsen til enheten. I dette manuskriptet, beskriver vi protokollen for å bøye et enkelt krystall av 5,7,12,16-tetraklor-6,13-diazapentacene (TCDAP) i felt-effekttransistor konfigurasjon og for å oppnå reproduserbare IV egenskaper ved bøyning krystallen. Resultatene viser at bøye en felteffekttransistor fremstilles på et fleksibelt substrat resulterer i nesten reversibel ennå motsatte tendenser i ladning mobilitet, avhengig av bøyeretningen. Mobilitet øker når enheten er bøyd mot toppen gate / dielektrisk lag (oppover, kompresjons tilstand) og minsker når værent mot krystall / underlaget side (nedover, strekk tilstand). Effekten av bøyekrumning ble også observert, med økt mobilitet endringen som følge av høyere bøyekrumning. Det er foreslått at de intermolekylære π-π avstandsendringene ved bøyning, for derved å påvirke den elektroniske kobling og den etterfølgende bærer transportevne.
Introduction
Myke elektroniske enheter, for eksempel sensorer, skjermer, og bærbar elektronikk, blir nå utviklet og forsket mer aktivt, og mange har også blitt lansert i markedet de siste årene 1,2,3,4. Organisk halvledende materiale spiller en viktig rolle i disse elektroniske enheter på grunn av deres iboende fordeler, blant annet lav utviklingskostnader, evnen til å fremstilles i oppløsning eller ved lave temperaturer, og særlig når deres fleksibilitet sammenlignet med uorganiske halvledere 5,6. En spesiell omtanke for disse elektronikk er at de vil bli utsatt for hyppig bøying. Bøyning introduserer påkjenning i komponentene og materialene i enheten. En stabil og konsistent ytelse er nødvendig som slike enheter er bøyd. Transistorer er en viktig komponent i de fleste av disse elektronikk, og deres ytelse under bøying er av interesse. En rekke studier har adressert dette ytelsesproblemet ved å bøye organisk thin film transistorer 7,8. Mens endringer i ledningsevne ved bøyningen kan tilskrives endringer i avstanden mellom kornene i et polykrystallinsk tynn film, en mer grunnleggende spørsmål å stille er hvorvidt den konduktans kan endre seg i løpet av en enkelt krystall ved bøying. Det er vel akseptert at ladningstransport mellom organiske molekyler avhenger sterkt av elektronisk kobling mellom molekyler og omorganisering energi involvert i omdannelsen mellom nøytrale og belastet tilstander 9. Elektronisk kobling er svært følsom for avstanden mellom nabomolekyler og til overlappingen av grense molekylorbitalene. Bøying av en velordnet krystall introduserer påkjenning og kan endre den relative stilling av molekyler i krystallen. Dette kan testes med en enkelt krystallbasert felteffekttransistor. En rapport brukt enkrystaller av rubren på et fleksibelt substrat for å studere effekten av krystall tykkelse på bøye 10. deskrustikker med kobber phthalocyanine nanowire krystaller forberedt på et flatt underlag ble vist å ha en høyere mobilitet ved bøying 11. Imidlertid har egenskapene for en FET enhet bøyd i forskjellige retninger ikke blitt utforsket.
Molekylet 5,7,12,16-tetra-klor-6,13-diazapentacene (TCDAP) er en n-type halvledermateriale 12. Krystallen av TCDAP har en monoklin pakning motiv med forskjøvet π-π stabling mellom nabomolekyler langs en akse av enhetscellen ved en cellelengde på 3,911 Å. Krystallen vokser langs denne pakking retning for å gi lange nåler. Den maksimale n-type felt-effekt mobilitet målt langs denne retningen nådde 3,39 cm 2 / V · sek. I motsetning til mange organiske krystaller som er sprø og skjøre, er TCDAP krystallen funnet å være meget fleksibel. I dette arbeidet har vi brukt TCDAP som den ledende kanal, og fremstilles på enkeltkrystallfelteffekttransistor på et fleksibelt substrat of polyetylentereftalat (PET). Mobilitet ble målt for krystallen på et flatt underlag, med anordningen bøyd mot den fleksible substrat (nedover) eller bøyd mot porten / dielektriske side (oppover). IV Dataene ble analysert basert på endringer i stablings / koblings avstand mellom nabo molekyler.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dette forsøk ble en rekke parametre som påvirker den vellykkede måling av felt-effekt mobilitet. For det første bør den enkeltkrystall være stor nok til å fremstilles i en felt-effekt-enheten for egenskapen måling. Den fysiske damp-overføring (PVT) metode er den som gjør at større krystaller som skal dyrkes. Ved regulering av temperaturen og strømningshastigheten for bæregass, krystaller med størrelser opp til en halv centimeter kan oppnås. For det andre er viktig valget av en enkelt krystall. En tilsyn…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
