Effekt af bøjning på Elektriske Karakteristik af Flexible Økologisk Single Crystal-baserede felteffekttransistorer
Summary
Dette håndskrift beskriver bøjningsprocessen af en organisk enkelt krystal-baserede felteffekttransistor at opretholde en fungerende anordning til elektronisk ejendom måling. Resultaterne antyder, at bøjning forårsager ændringer i det molekylære afstand i krystallen og dermed i ladningen humletilsætningen, hvilket er vigtigt i fleksible elektronik.
Abstract
Afgiften transport i en organisk halvleder afhænger i høj grad på det molekylære pakning i krystallen, som påvirker den elektroniske kobling uhyre. Men i bløde elektronik, hvori organiske halvledere spiller en afgørende rolle, de enheder vil blive bøjet eller foldet gentagne gange. Virkningen af bøjning på krystalpakning og dermed ladningstransport er afgørende for anordningens ydeevne. I dette manuskript, beskriver vi protokollen til at bøje en enkelt krystal af 5,7,12,16-tetrachlor-6,13-diazapentacene (TCDAP) i felt-effekt transistor konfiguration og for at opnå reproducerbare IV egenskaber ved bøjning krystal. Resultaterne viser, at bøjning af en felteffekttransistor fremstillet på et fleksibelt substrat resulterer i næsten reversible endnu modsatrettede tendenser i charge mobilitet, afhængigt af bøjeretningen. De mobilitet øges, når enheden er bøjet mod toppen gate / dielektriske lag (opad, komprimerende tilstand) og falder, når værent mod krystal / substrat side (nedad, trækstyrke tilstand). Effekten af at bøje krumning blev også observeret, med større mobilitet forandring som følge af højere bøjning krumning. Det foreslås, at de intermolekylære π-π distance ændringer efter bøjning, og derved påvirke den elektroniske kobling og den efterfølgende transportør transport evne.
Introduction
Bløde elektroniske enheder, såsom sensorer, displays og bærbare elektronik, er ved at blive udviklet og forsket mere aktivt, og mange har endda været lanceret på markedet i de seneste år 1,2,3,4. Organiske halvledende materialer spiller en vigtig rolle i disse elektroniske indretninger på grund af deres iboende fordele, herunder lave omkostninger udvikling, evnen fremstilles i opløsning eller ved lave temperaturer, og navnlig, når deres fleksibilitet sammenlignet med uorganiske halvledere 5,6. Et særligt hensyn til disse elektronik er, at de vil blive udsat for hyppige bøjning. Bending introducerer stammen i komponenter og materialer i apparatet. En stabil og ensartet ydelse er påkrævet som sådanne anordninger er bøjet. Transistorer er en vital komponent i de fleste af disse elektronik, og deres præstationer under bøjning er af interesse. En række undersøgelser har behandlet dette problem med ydeevnen ved at bøje økologisk thin film transistorer 7,8. Mens ændringerne i konduktans upon bøjning kan tilskrives ændringer i afstanden mellem kornene i en polykrystallinsk tynd film, en mere grundlæggende spørgsmål er, om ledningsevnen kan ændre sig inden for en enkelt krystal ved bøjning. Det er godt accepteret, at opladning transport mellem organiske molekyler afhænger stærkt af elektronisk kobling mellem molekyler og reorganisering energi involveret i omdannelse mellem de neutrale og ladede stater 9. Elektronisk kobling er yderst følsomme over for afstanden mellem tilstødende molekyler og til overlapning af avancerede molekylære orbitaler. Bøjningen af et velordnet krystal indfører stamme og kan ændre den relative position af molekyler i krystallen. Dette kan testes med et enkelt krystal-baserede felteffekttransistor. En rapport anvendte enkelte krystaller af rubrene på et fleksibelt substrat at undersøge virkningen af krystal tykkelse ved bøjning 10. delaster med kobber phthalocyanin nanotråd krystaller forberedt på et fladt underlag, viste sig at have en højere mobilitet ved bøjning 11. Imidlertid har de egenskaber for en FET enhed bøjet i forskellige retninger ikke er blevet udforsket.
Molekylet 5,7,12,16-tetrachlor-6,13-diazapentacene (TCDAP) er en n-type halvleder materiale 12. Krystallen ifølge TCDAP har en monoklin pakning motiv med forskudt π-π stabling mellem nabomolekyler langs en akse af enheden celle på en celle længde på 3,911 Å. Krystallen vokser langs denne pakning retning til opnåelse lange nåle. Den maksimale n-type felt-effekt mobilitet målt langs denne retning nåede 3,39 cm2 / V-sek. I modsætning til mange organiske krystaller, som er skøre og skrøbelige, er TCDAP krystal fundet at være meget fleksibel. I dette arbejde, vi brugte TCDAP som den ledende kanal og forberedte enkelt krystal felt-effekt-transistor på en fleksibel substrat of polyethylenterephthalat (PET). Mobilitet blev målt for krystallen på et fladt underlag, med enheden bøjet mod det fleksible substrat (nedad) eller bøjet mod porten / dielektriske side (opad). IV Data blev analyseret på grundlag af ændringer i stabling / kobling afstand blandt de tilstødende molekyler.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dette eksperiment blev en række parametre påvirker den vellykkede måling af felt-effekt mobilitet. For det første bør den enkelt krystal være store nok til at være fremstillet i et felt-effekt indretning med bolig måling. Den fysiske dampoverførsel (PVT) metode er den, der tillader større krystaller, der skal dyrkes. Ved at justere temperaturen og strømningshastigheden af bæregassen, krystaller af størrelser op til kan opnås en halv centimeter. For det andet, at valget af en enkelt krystal er vigti…
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).
