Wirkung von Biegen auf die elektrischen Eigenschaften von flexiblen organischen Einkristall-basierte Feldeffekttransistoren
Summary
Diese Handschrift beschreibt den Biegeprozess eines organischen Einkristall-basierten Feldeffekttransistor eine betriebsfähige Vorrichtung zur elektronischen Eigenschaftsmessung aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse legen nahe, dass Biege verursacht Veränderungen in der molekularen Abstand im Kristall und somit in der Ladungssprungrate, die in flexible Elektronik wichtig ist.
Abstract
Der Ladungstransport in einem organischen Halbleiter hängt stark von der molekularen Packung im Kristall, die immens die elektronische Kopplung beeinflusst. Doch in weichen Elektronik, in denen organische Halbleiter eine entscheidende Rolle spielen, werden die Geräte immer wieder gebogen oder gefaltet werden. Die Wirkung der auf die Kristallpackung Biegen und somit die Ladungstransport ist entscheidend für die Leistung der Vorrichtung. In diesem Manuskript beschreiben wir das Protokoll einen Einkristall aus 5,7,12,16-Tetrachlor-6,13-diazapentacene (TCDAP) in der Feldeffekttransistor-Konfiguration zu biegen und reproduzierbare IV Eigenschaften zu erhalten, um den Kristall beim Biegen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Feldeffekttransistor Biege auf einem flexiblen Substrat Ergebnisse vorbereitet in nahezu reversibel noch gegenläufige Tendenzen in Ladungsmobilität in Abhängigkeit von der Biegerichtung. Die Mobilität nimmt zu, wenn das Gerät in Richtung der oberen Gate / dielektrische Schicht gebogen ist (nach oben, Druckzustand) und nimmt ab, wenn seinnt in Richtung der Kristall / Substratseite (nach unten, Zug-Zustand). Die Wirkung der Krümmung Biege wurde auch mit einer größeren Mobilität Veränderung beobachtet, von höheren Biegekrümmung führt. Es wird vorgeschlagen, dass die intermolekulare π-π Abstandsänderungen beim Biegen, wodurch die elektronische Kopplung zu beeinflussen und die nachfolgende Trägertransportfähigkeit.
Introduction
Weiche elektronische Geräte, wie Sensoren, Displays und tragbare Elektronik, werden derzeit entwickelt und mehr aktiv erforscht, und viele haben auch auf dem Markt in den letzten Jahren 1,2,3,4 gestartet. Organische Halbleitermaterialien eine wichtige Rolle in diesen elektronischen Vorrichtungen aufgrund ihrer inhärenten Vorteile spielen, einschließlich niedrige Entwicklungskosten, die Fähigkeit , in Lösung oder bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden, und insbesondere ihre Flexibilität im Vergleich zu anorganischen Halbleitern 5,6. Ein besonderer Rücksichtnahme auf diese Elektronik ist, dass sie zu häufigem Biegen unterworfen werden. Biege führt Dehnung in den Komponenten und den Materialien innerhalb der Vorrichtung. Eine stabile und konsistente Leistung ist erforderlich, da solche Vorrichtungen gebogen sind. Die Transistoren sind ein wichtiger Bestandteil in den meisten dieser Elektronik, und ihre Leistung unter Biegen von Interesse ist. Eine Reihe von Studien haben dieses Leistungsproblem angesprochen durch Biegen Bio THin Filmtransistoren 7,8. Während die Änderungen in der Leitfähigkeit beim Biegen in einer polykristallinen Dünnschicht zwischen den Körnern in Abstand zu den Veränderungen zurückgeführt werden, eine grundlegende Frage ist zu fragen, ob die Leitfähigkeit beim Biegen in einem einzigen Kristall ändern können. Es ist allgemein anerkannt , dass Ladungstransport zwischen organischen Molekülen zwischen den Molekülen und der Reorganisationsenergie , die an der Umwandlung zwischen den neutralen und geladenen Staaten 9 stark auf elektronische Kopplung abhängt. Elektronische Kopplung ist sehr empfindlich auf den Abstand zwischen benachbarten Molekülen und zur Überlappung der Grenzorbitale. Das Biegen eines gut geordnete Kristall führt Stamm und kann die relative Position der Moleküle im Kristall ändern. Dies kann mit einem Einkristall-basierten Feldeffekttransistor getestet werden. Ein Bericht verwendet Einkristalle von Rubren auf einem flexiblen Substrat , das die Wirkung von Kristalldicke zu studieren , auf 10 biegen. DeLaster mit Nanodraht- Kristalle Kupferphthalocyanin auf einem flachen Substrat hergestellt wurden , beim Biegen 11 eine höhere Mobilität zu haben , gezeigt. Allerdings haben sich die Eigenschaften für eine FET-Vorrichtung gebogen in verschiedenen Richtungen nicht erforscht.
Das Molekül 5,7,12,16-Tetrachlor-6,13-diazapentacene (TCDAP) ist ein n-Typ – Halbleitermaterial 12. Der Kristall aus TCDAP hat eine monokline Packungsmotiv mit verschobenen π-π – Stapelung zwischen benachbarten Molekülen entlang der a – Achse der Einheitszelle bei einer Zellenlänge von 3.911 Å. Der Kristall wächst entlang dieser Packungsrichtung lange Nadeln zu ergeben. Die maximale n-Typ – Feldeffekt – Beweglichkeit entlang dieser Richtung gemessen erreichte 3,39 cm 2 / V · sec. Im Gegensatz zu vielen organischen Kristalle, die spröde und brüchig sind, ist TCDAP Kristall gefunden sehr flexibel zu sein. In dieser Arbeit haben wir TCDAP als leitender Kanal und bereitete den Einkristall-Feldeffekttransistor auf einem flexiblen Substrat of Polyethylenterephthalat (PET). Mobilität war für den Kristall auf einem flachen Substrat gemessen wird , mit der Vorrichtung gebogen in Richtung auf die flexible Substrat (nach unten) oder gebogen in Richtung der Gate / Dielektrikum Seite (nach oben). IV Daten analysiert wurden basierend auf Änderungen in der Stapel / Kopplungsabstand zwischen den benachbarten Molekülen.
Protocol
Representative Results
Discussion
In diesem Versuch betreffen eine Reihe von Parametern, die erfolgreiche Messung der Feldeffekt-Mobilität. Erstens sollte der Einkristall groß genug sein, um für den Eigenschaftsmesswert in einem Feldeffekt-Vorrichtung hergestellt werden. Die physikalische Dampfübertragung (PVT) Verfahren ist derjenige, der größere Kristalle gezüchtet werden können. Durch Einstellen der Temperatur und der Strömungsrate des Trägergases, Kristalle von Größen bis zu einem halben Zentimeter erhalten werden. Zweitens ist die Auswa…
Divulgations
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).
