השפעת הכיפוף על המאפיינים החשמליים של יחיד אורגני גמיש קריסטל מבוססות טרנזיסטורים שדה ותוצאה

Summary

כתב יד זה מתאר את תהליך הכיפוף של טרנזיסטור אפקט שדה מבוסס גביש יחיד אורגני לשמור על מכשיר לתפקוד למדידת מאפיין אלקטרוני. מהתוצאות עולות כי שינויים הגורמים כיפוף המרווח המולקולרי בגביש ובכך בשער מקפץ תשלום, וזה חשוב אלקטרוניקה גמישה.

Abstract

משלוח תשלום מוליכים למחצה אורגניים תלוי מאוד על האריזה המולקולרית בגביש, אשר משפיע על הצימוד האלקטרוני מאוד. עם זאת, בתחום אלקטרוניקה רכה, שבו מוליך למחצה אורגניים לשחק תפקיד קריטי, המכשירים יתקפלו או מקופלים שוב ושוב. ההשפעה של כיפוף על האריזה קריסטל ובכך להובלת המטען חיונית ביצועי ההתקן. בכתב היד הזה, אנו מתארים את פרוטוקול לכופף גביש יחיד של 5,7,12,16-tetrachloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) בתצורת טרנזיסטור אפקט שדה ולקבל מאפיינים IV לשחזור על כיפוף הגביש. התוצאות מראות כי כיפוף טרנזיסטור-אפקט שדה ערוך על תוצאות מצע גמישות ב מגמות הפוכות כמעט הפיכות עדיין בניידות תשלום, בהתאם לכיוון הכיפוף. העליות הניידות כשהמכשיר מורכן לעבר שכבת דיאלקטרי שער / העליון (כלפי מעלה, מדינת דחיסה) ומפחית כאשר להיותNT כלפי צד קריסטל / מצע (כלפי מטה, מצב מתיח). ההשפעה של כיפוף עקמומיות נצפתה גם, עם שינוי ניידות רב הנובע עקמומיות כיפוף גבוהות. הוא הציע כי השינויים המרחקים π-π מולקולאריים על כיפוף, ובכך להשפיע על הצימוד האלקטרוני ויכולת ההובלה הנישאת הבאה.

Introduction

מכשירים אלקטרוניים קלים, כגון חיישנים, מציג, אלקטרוניקה לביש, כרגע שתוכננו וחקרו באופן פעיל יותר, ורבים אפילו כבר הושקו בשוק בשנים האחרונות ^1,2,3,4. חומרים מוליכים למחצה אורגניים לשחק תפקיד חשוב מכשירים אלקטרוניים אלה בשל היתרונות הגלומים בהם, כולל עלות פיתוח נמוכה, את היכולת להיות מוכנים בתמיסה או בטמפרטורות נמוכות, ובעיקר, גמישותם בהשוואה ^5,6 מוליכים למחצה אורגניים. התייחסות מיוחדת אחת עבור אלקטרוניקה אלה היא כי הם יהיו כפופים כדי כיפוף תכוף. כיפוף מציג זן של רכיבי החומרים בתוך המכשיר. מופע יציב ועקבי נדרש מכשירים כאלה כפופים. טרנזיסטורים הם מרכיב חיוני ביותר של האלקטרוניקה הללו, ואת הביצועים שלהם תחת כיפוף הוא עניין. מספר מחקרים עסקו בעיית ביצועים זו על ידי כיפוף t אורגניסרט הין טרנזיסטורים ^7,8. למרות השינויים במוליכות על כיפוף ניתן לייחס את השינויים מרווחים בין הגרגרים בסרט דקות רב, שאלה בסיסית יותר לשאול היא האם המוליכות עשויות להשתנות בתוך גביש יחיד על כיפוף. הוא גם קבל את זה תחבורה אחראית בין מולקולות אורגניות מאוד תלויה צימוד אלקטרוני בין מולקולות האנרגיה מחדש מעורבת ההדדי בין המדינות הניטראליות והואשמו ^9. צימוד אלקטרוני הוא רגיש מאוד המרחק בין מולקולות שכנות כדי החפיפה של אורביטלים מולקולריים גבול. התעקמות גביש מסודר מציגה זן והוא עשוי לשנות את המיקום היחסי של מולקולות בתוך הגביש. זה יכול להיבדק עם טרנזיסטור אפקט שדה יחיד מבוסס גביש. דו"ח אחד השתמש גבישים יחידים של rubrene על מצע גמיש כדי לחקור את ההשפעה של עובי קריסטל על כיפוף ^10. דהמידות רעות עם גבישי nanowire Phthalocyanine הנחושה הערוכים על מצע שטוח הוצגו להם ניידות גבוהה על כיפוף ^11. עם זאת, את המאפיינים כפופים מכשיר FET לכיוונים שונים שלא נחקרו.

המולקולה 5,7,12,16-tetrachloro-6,13-diazapentacene (TCDAP) הוא חומר מוליך למחצה מסוג n ^12. הגביש של TCDAP יש מוטיב אריזה monoclinic עם מוזז לערום π-π בין מולקולות שכנות לאורך ציר של התא היחיד באורך תא של 3.911 Å. הגביש גדל יחד בכיוון אריזה זה לתת מחטים ארוכות. הניידות אפקט שדה מקסימלית מסוג n נמדד לאורך בכיוון זה הגיע 3.39 ס"מ ² / V · שניות. בניגוד גבישים רבים אורגניים כי הם פריכים ושברירים, קריסטל TCDAP נמצא להיות גמיש מאוד. בעבודה זו, השתמשנו TCDAP כערוץ הניצוח והכנתי את טרנזיסטור אפקט שדה בודד בדולח על o מצע גמישterephthalate פוליאתילן f (PET). ניידות נמדדה עבור הקריסטל על מצע שטוח, עם מכופף המכשיר לכיוון המצע הגמיש (כלפי מטה) או התכופף לעבר צד השער / דיאלקטרי (כלפי מעלה). IV נתונים נותחו על בסיס שינויי מרחק ערמה / הצימוד בין השכנות מולקולות.

Protocol

1. הכנת TCDAP ¹²

1. לסנתז TCDAP ידי ביצוע הליכים בספרות ^13.
2. לטהר את מוצר TCDAP בשיטת סובלימציה טמפרטורת השיפוע, עם אזורי טמפרטורת השלוש נקבעו על 340, 270, ו -250 ° C, בהתאמה, תחת לחץ ואקום של 10 ^-6 Torr ^12,14.

2. לגדול גבישים יחידים של TCDAP באמצעות העברת אד פיזי (PVT) מערכת ¹⁴

1. שים את המדגם TCDAP בקצה אחד של סירה (5 ס"מ) ולטעון את הסירה לתוך שפופרת זכוכית פנימית (15 ס"מ בקוטר של 1.2 ס"מ).
2. טען את הצינור הפנימי לתוך צינור זכוכית ארוך (ארוך 83 ס"מ ו -2 ס"מ קוטר) ודחוף אותה לכ -17 ס"מ מהפתח.
3. טען את שפופרת זכוכית ארוך לתוך צינור נחושת (60 ס"מ אורך ו 2.5 ס"מ קוטר) אופקית קבוע על מדף; לוודא את הסירה של TCDAP ממוקמת באמצע אזור החימום המוגדר על ידי ar להקת חימוםound הצינור נחושת.
4. טהר את מערכת PVT בגז הליום בקצב זרימה של 30 סמ"ק / דקה, ולאחר מכן הפעל את השנאי לחמם את להקת החימום עד 310 מעלות צלזיוס; לשמור בטמפרטורה זו במשך יומיים.
5. לאחר הקירור במערכת לטמפרטורת החדר, לאסוף את הגבישים מהצינור הפנימי.

ייצור המכשיר 3.

1. שים מצע PET 200 מיקרומטר עבה, שקוף, מראש לחתוך (2 ס"מ X 1 ס"מ) לתוך בקבוקון ולנקות אותו על ידי sonication בתמיסת דטרגנט, מים ללא יונים, ואצטון, ברצף, במשך 30 דקות כל אחד. לייבש את המצע על ידי זרימת חנקן.
2. מניחים נייר דו צדדית על פני המצע PET.
3. בדוק את הגבישים תחת סטראו. בחר באיכות טובה, זורחת גבישים עם מימד של ~ 5 מ"מ x ~ 0.03 מ"מ עבור ייצור המכשיר. מניחים במקביל קריסטל TCDAP כמחטים עם אורך של המצע PET בקלטת דו צדדית ולתקן אותה באופן מאובטח.
4. תחת סטראו, להחיל וואטאה מבוסס גרפיט colloidal באמצעות מחט מזרק microliter בקו (כמה מ"מ) המשתרע משני הקצוות של הגביש מתנהג כמו המקור והניקוז. חכה כ -30 דקות עבור גרפיט colloidal להתייבש ולמדוד את המרחק בין שתי הנקודות גרפיט תחת מיקרוסקופ אופטי כדי לקבוע את אורך הערוץ המדויק (לשמור את זה ב 0.6-1 מ"מ).
5. השתמש קלטת פחמן מוליכה לתקן את מצע PET בשקופית מיקרוסקופית. מניחים את השקף סמוך לסוף הצינור פירוליזה של החדר בתצהיר.
6. לשקול 0.5 גרם של המבשר של מבודד דיאלקטרי, [2.2] paracyclophane, ולמקם אותו ליד המפרצון של צינור פירוליזה.
7. משאבה את המערכת לואקום של 10 ^-2 Torr. טרום לחמם את אזור פירוליזה סומך למרכז למעלה הצינור לטמפרטורה שנקבעה מראש של 700 מעלות צלזיוס ולשמור בטמפרטורה זו.
8. חממו את המדגם [2.2] paracyclophane 150 מעלות צלזיוס. האדים של המבשר יעברו דרך אזור פירוליזהלתת את מונומרים, אשר להתעבות לקראת סוף הצינור פירוליזה לפלמר.
9. תנו תגובה פירוליזה / פילמור להימשך 2 hr.
10. לצנן את המערכת ולהוציא דגימות מצינור פירוליזה.
11. קבע את עובי שכבת דיאלקטרי שהופקד על ידי מדידת גובה הצעד של השכבה ואת המצע באמצעות profilometer פי הוראות היצרן.
12. החל גרפיט colloidal מבוסס isopropanol באמצעות מחט מזרק microliter בקו בגב השכבה דיאלקטרי מעל הקריסטל לשמש אלקטרודה השער.

4. מדוד את ביצועי ההתקן

1. השתמש באזמל כדי לחצוב חור הסרט דיאלקטרי פולימרי מעל אזור אלקטרודה מקור / לטמיון על מנת לחשוף את האלקטרודות מתחת לחיבור.
2. בעזרת עמדה מלחציים, להביא חלליות אלקטרודה מן Analyzer פרמטר במגע עםמקור / ניקוז / אלקטרודות השער. רשום את מאפייני IV ב פוטנציאלי שער שונים על פי הוראות היצרן.
   הערה: כאן, פוטנציאלי השער נקבעים מ -60 V עד 60 V ב 15 V צעדים.

5. ניסויים כיפוף

1. כדי למדוד את התכונות במדינת המתיחה, לעטוף את הישבן של מצע PET הגמיש סביב בלוני ת בעלי הקוטר שונה (14.0 מ"מ, 12.4 מ"מ, 8.0 מ"מ, 5.8 מ"מ) ולתקן את מצע PET הצילינדר על ארבעה צדדים עם קלטת ואקום .
2. חבור את החיישנים אלקטרודות המקור / ניקוז / השער ולמדוד את אופיין IV ב פוטנציאלי שער שונים כמתואר 4.2.
3. כדי למדוד במדינת דחיסה, לעטוף מחצית הצד הקדמי של המצע PET בסביבות סוף גליל, כך האלקטרודות קריסטל / מקור / ניקוז / שער מתמודדים הצילינדר ועדיין נחשפים. תקן את מצע PET על הגליל עם קלטת ואקום (ראה איור. 5 ).
4. חבור את החיישנים אלקטרודות המקור / ניקוז / השער ולמדוד את אופיין IV ב פוטנציאלי שער שונים כמתואר 4.2.
   הערה: איור חתך של המבנה המכשיר מוצג באיור. 1.

תוצאות

ניתוח XRD הגביש היחיד מגלה כי TCDAP היא מערכת π מורחבת עם מולקולות אריזה לאורך ציר. איור. 2 מציג את דפוס סריקה על ידי XRD אבקת גביש TCDAP. סדרת פסגות חדות הם נצפו, המתאים רק למש' (0, k, ℓ) מטוסים, על ידי השוואה עם הדפוס עקיף אבקה של הגביש. זה היה לרמו...

Discussion

בניסוי זה, מספר הפרמטרים משפיע על המדידה המוצלחת של ניידות אפקט שדה. ראשית, הגביש היחיד צריך להיות גדול מספיק כדי להיות מפוברק לתוך מכשיר אפקט שדה למדידת רכוש. העברת אד פיזית (PVT) השיטה היא זו המאפשרת גבישים גדולים יותר להיות מבוגרים. על ידי התאמת הטמפרטורה ואת קצב הזרי...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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 1,100 °C Tube Furnaces (Single Zone)	Thermo Scientific	TF55030A
Agilent 4156C Precision Semiconductor Parameter	Keysight	HP4156