Efecto de doblez en las características eléctricas de los transistores de efecto de campo basados en cristal orgánico único flexible
Summary
Este manuscrito describe el proceso de plegado de un solo campo transistor de efecto a base de cristal orgánico para mantener en funcionamiento un dispositivo para la medición de la propiedad electrónica. Los resultados sugieren que las causas de flexión cambios en la separación molecular en el cristal y por lo tanto en la tasa de salto de carga, que es importante en la electrónica flexible.
Abstract
El transporte de carga en un semiconductor orgánico depende en gran medida del empaquetamiento molecular en el cristal, que influye en el acoplamiento electrónico inmensamente. Sin embargo, en la electrónica suaves, en los que los semiconductores orgánicos juegan un papel crítico, los dispositivos pueden doblar o plegar repetidamente. El efecto de la flexión del cristal de embalaje y por tanto el transporte de la carga es crucial para el rendimiento del dispositivo. En este manuscrito, se describe el protocolo para doblar un único cristal de 5,7,12,16-tetracloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) en la configuración de transistor de efecto de campo y para obtener características reproducibles IV al doblarse el cristal. Los resultados muestran que la flexión de un transistor de efecto de campo preparado en un flexibles resultados de sustrato en las tendencias todavía opuestos casi reversibles en la movilidad de carga, dependiendo de la dirección de doblado. La movilidad aumenta cuando el dispositivo está doblada hacia el / capa dieléctrica superior de la puerta (hacia arriba, el estado de compresión) y disminuye cuando sent hacia el lado del cristal / sustrato (a la baja, el estado de tracción). También se observó el efecto de curvatura de flexión, con un cambio mayor movilidad que da mayor curvatura de flexión. Se sugiere que los cambios intermoleculares distancia π-π al doblarse, lo que influye en el acoplamiento electrónico y la posterior capacidad de transporte de portadores.
Introduction
Dispositivos electrónicos suaves, tales como sensores, monitores, portátiles y electrónica, se están diseñando actualmente e investigados de manera más activa, y muchos incluso se han lanzado en el mercado en los últimos años 1,2,3,4. Materiales semiconductores orgánicos juegan un papel importante en estos dispositivos electrónicos, debido a sus ventajas inherentes, incluyendo bajo coste de desarrollo, la capacidad de ser preparado en solución o a bajas temperaturas, y, en particular, su flexibilidad en comparación con semiconductores inorgánicos 5,6. Una consideración especial para estos dispositivos electrónicos es que van a ser sometidos a flexión frecuente. Doblado introduce tensión en los componentes y los materiales dentro del dispositivo. Un rendimiento estable y consistente es necesario ya que los productos estén dobladas. Los transistores son un componente vital en la mayor parte de estos dispositivos electrónicos, y su rendimiento bajo flexión es de interés. Un número de estudios han abordado este problema de rendimiento doblando t orgánicahin película de transistores 7,8. Mientras que los cambios en la conductancia al doblarse se pueden atribuir a los cambios en la separación entre los granos en una película delgada policristalina, una pregunta más fundamental para hacerse es si la conductancia puede cambiar dentro de un único cristal a la flexión. Es bien aceptado que el transporte de carga entre moléculas orgánicas depende fuertemente de acoplamiento electrónico entre las moléculas y la energía de reorganización involucrado en la interconversión entre los estados neutros y cargados 9. acoplamiento electrónico es altamente sensible a la distancia entre las moléculas vecinas y para el solapamiento de orbitales moleculares de frontera. La flexión de un cristal bien ordenada introduce cepa y puede cambiar la posición relativa de las moléculas dentro del cristal. Esto se puede comprobar con una sola de efecto de campo transistor a base de cristal. En un informe se utiliza monocristales de rubreno sobre un sustrato flexible para estudiar el efecto del espesor de cristal al doblarse 10. Delawarevicios con cristales de nanocables ftalocianina de cobre preparados en un sustrato plano mostraron tener una mayor movilidad al doblarse 11. Sin embargo, las propiedades de un dispositivo de doblado FET en diferentes direcciones no han sido exploradas.
La molécula de 5,7,12,16-tetracloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) es un material semiconductor de tipo n 12. El cristal de TCDAP tiene un motivo de embalaje monoclínica con desplazado apilamiento π-π entre moléculas vecinas a lo largo del eje de la celda unidad a la longitud de la célula de 3.911 Å. El cristal crece a lo largo de esta dirección de empaque para dar agujas largas. El máximo de tipo n de efecto de campo movilidad medido largo de esta dirección llegó a 3,39 cm 2 / V · seg. A diferencia de muchos cristales orgánicos que son quebradizos y frágiles, cristal TCDAP se encuentra para ser altamente flexible. En este trabajo se utilizó TCDAP como el canal de conducción y preparó el cristal único transistor de efecto de campo sobre un sustrato flexible otereftalato de polietileno f (PET). La movilidad se midió para el cristal sobre un sustrato plano, con el dispositivo de inclinación hacia el sustrato flexible (hacia abajo) o doblado hacia el / lado dieléctrico de la compuerta (hacia arriba). IV datos fueron analizados con base en los cambios en la distancia de apilamiento / acoplamiento entre los vecinos moléculas.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este experimento, una serie de parámetros afecta a la medición satisfactoria de la movilidad de efecto de campo. En primer lugar, el cristal único debe ser lo suficientemente grande para ser fabricado en un dispositivo de efecto de campo para la medición de la propiedad. El método de transferencia física de vapor (PVT) es la que permite que los cristales más grandes para ser cultivadas. Mediante el ajuste de la temperatura y el caudal del gas portador, cristales de tamaños hasta medio centímetro puede ser ob…
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).
