Effetto di piegare sulle caratteristiche elettriche di transistor ad effetto di campo basati su cristallo Flexible Organic singolo
Summary
Questo manoscritto descrive il processo di piegatura di un singolo transistor a effetto di campo a base di cristallo organica di mantenere un dispositivo funzionante, per la misura di proprietà elettroniche. I risultati suggeriscono che provoca flessione cambiamenti nella spaziatura molecolare nel cristallo e quindi del tasso salti di carica, che è importante in elettronica flessibili.
Abstract
Il trasporto di carica in un semiconduttore organico dipende fortemente sull'imballaggio molecolare nel cristallo, che influenza l'accoppiamento elettronico immensamente. Tuttavia, in elettronica morbidi, nei quali semiconduttori organici svolgono un ruolo fondamentale, i dispositivi saranno piegati o piegati più volte. L'effetto di piegare sull'imballaggio cristallo e quindi il trasporto di carica è fondamentale per le prestazioni del dispositivo. In questo manoscritto, descriviamo il protocollo di piegare un singolo cristallo di 5,7,12,16-tetracloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) nella configurazione a transistor ad effetto di campo e di ottenere caratteristiche IV riproducibili sulla flessione del cristallo. I risultati mostrano che la piegatura di un transistor a effetto di campo preparati su un flessibile risultati substrato nelle tendenze ancora opposte quasi reversibili in mobilità di carica, a seconda della direzione di piegatura. La mobilità aumenta quando il dispositivo è piegato verso il / strato dielettrico di gate superiore (verso l'alto, lo stato di compressione) e diminuisce quando esserent verso il lato di cristallo / substrato (verso il basso, lo stato di trazione). è stato anche osservato l'effetto di piegatura di curvatura, con cambiamento maggiore mobilità dovuta maggiore curvatura curvatura. Si suggerisce che i cambiamenti intermolecolari distanza π-π su flessione, influenzando così l'accoppiamento elettronico e la conseguente capacità di trasporto del vettore.
Introduction
Dispositivi elettronici morbidi, quali sensori, display e elettronica indossabile, sono attualmente in fase progettati e studiati in modo più attivo, e molti sono stati anche lanciato sul mercato negli ultimi anni 1,2,3,4. Materiali semiconduttori organici svolgono un ruolo importante in questi dispositivi elettronici a causa dei loro vantaggi intrinseci, compreso il prezzo basso sviluppo, la capacità di essere preparato in soluzione o alle basse temperature, e, in particolare, la loro flessibilità rispetto ai semiconduttori inorganici 5,6. Una considerazione speciale per queste elettronica è che essi saranno sottoposti a flessione frequenti. Bending introduce tensione nei componenti e dei materiali all'interno del dispositivo. Una prestazione stabile e coerente è necessaria in quanto tali dispositivi sono piegate. I transistor sono una componente essenziale per la maggior parte di questi elettronica, e le loro prestazioni in flessione è di interesse. Un certo numero di studi hanno affrontato il problema di prestazioni piegando t organicapellicola hin transistor 7,8. Mentre le variazioni di conduttanza upon piegatura possono essere attribuiti ai cambiamenti nella spaziatura tra i grani in un film sottile policristallino, una domanda più fondamentale da porsi è se la conduttanza può cambiare in un singolo cristallo sulla piegatura. E 'ben noto che il trasporto di carica tra molecole organiche dipende fortemente accoppiamento elettronico tra le molecole e l'energia di riorganizzazione coinvolti nella interconversione tra gli stati neutri e carichi 9. accoppiamento elettronico è molto sensibile alla distanza tra molecole vicine e alla sovrapposizione di orbitali molecolari di frontiera. La curvatura di un cristallo ben ordinata introduce ceppo e può modificare la posizione relativa delle molecole all'interno del cristallo. Questo può essere misurata con un singolo transistor a effetto di campo a base di cristallo. Un rapporto utilizzato cristalli singoli di rubrene su un substrato flessibile per studiare l'effetto dello spessore cristallo su di piegatura 10. devizi con cristalli nanowire ftalocianina di rame disposti su un substrato piano hanno mostrato di avere una maggiore mobilità sul piegatore 11. Tuttavia, le proprietà di un dispositivo piegata FET in direzioni diverse non sono stati esplorati.
La molecola 5,7,12,16-tetracloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) è un n-tipo di materiale semiconduttore 12. Il cristallo di TCDAP ha un motivo imballaggio monoclina con spostata impilamento π-π tra molecole vicine lungo l'asse della cella elementare ad una lunghezza di cella di 3.911 Å. Il cristallo si sviluppa lungo questa direzione imballaggio per dare lunghi aghi. La mobilità campo massimo effetto tipo n misurata lungo questa direzione raggiunto 3,39 centimetri 2 / V · sec. A differenza di molti cristalli organici che sono fragili e fragili, cristallo TCDAP è risultato essere altamente flessibile. In questo lavoro, abbiamo usato TCDAP come canale conduzione e preparato il transistor a singolo cristallo ad effetto di campo su un substrato flessibile of polietilene tereftalato (PET). La mobilità è stata misurata per il cristallo su un substrato piatto, con il piegato dispositivo verso il substrato flessibile (verso il basso) o piegato verso il / lato dielettrico di gate (verso l'alto). Dati IV sono stati analizzati in base ai cambiamenti nella distanza di sovrapposizione / accoppiamento tra il vicino molecole.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo esperimento, una serie di parametri incide sulla misurazione successo della mobilità effetto di campo. In primo luogo, il singolo cristallo dovrebbe essere abbastanza grande per essere fabbricato in un dispositivo ad effetto di campo per la misura di proprietà. Il metodo di trasferimento fisica da fase vapore (PVT) è quella che permette ai cristalli più grandi per essere coltivate. Regolando la temperatura e la portata del gas di trasporto, cristalli di dimensioni fino a mezzo centimetro può essere ottenu…
Disclosures
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 |
References
- 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).
