Auswirkungen von Umgebungsgasen auf die elektrische Leistung von lösungsverarbeiteten C8-BTBT-Dünnschichttransistoren

Einführung

Aufgrund der Vorteile der niedrigen Abscheidungstemperatur, der hohen mechanischen Flexibilität, der geringen Kosten und der großflächigen Herstellung wurden organische Halbleitermaterialien in letzter Zeit umfassend für verschiedene elektronische Geräteanwendungen wie organische Leuchtdioden, organische Photovoltaikgeräte und organische Feldgeräte untersucht. Effekttransistoren [1,2,3,4]. Organische Halbleiter lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen:konjugierte Polymere und niedermolekulare organische Halbleiter [3]. Im Vergleich zu konjugierten Polymeren bieten niedermolekulare organische Halbleiter ein hohes Maß an Ordnung, Stapeldichte und Materialreinheit. Diese Vorteile erleichtern die Herstellung von Hochleistungsgeräten [5,6,7,8]. C8-BTBT ist ein repräsentatives niedermolekulares organisches Halbleitermaterial [5]. Umfangreiche Forschung wurde durchgeführt, um seine Ladungstransportmechanismen [9], kostengünstige Herstellungsverfahren [10, 11], Wachstum und Mikrostrukturbildung auf verschiedenen Substraten [12,13,14], Metall/Halbleiter-Kontakteigenschaften [15, 16 .] zu untersuchen ] und Strategien zur Erhöhung der Trägermobilität [11, 17, 18, 19]. Bisher gibt es keine systematische Studie zum Einfluss von Umgebungsgasen auf die elektrische Leistung von C8-BTBT-basierten Geräten. Einerseits sind umweltbedingte Änderungen der elektrischen Leistungseigenschaften solcher organischen Vorrichtungen ein kritisches Problem, das gelöst werden muss, um einen stabilen Betrieb für zukünftige kommerzielle Anwendungen bereitzustellen. Andererseits implizieren solche Effekte das Potenzial für den Einsatz von C8-BTBT-basierten Geräten als Gassensoren.

In dieser Studie wurden organische C8-BTBT-Halbleiterfilme durch Lösungsverarbeitung hergestellt. Die elektrischen Eigenschaften der C8-BTBT-basierten OTFTs wurden in verschiedenen Umgebungsgasen untersucht. Die C8-BTBT OTFTs zeigten ihre höchsten Trägermobilitäten (~ 8 cm ² V ^-1 s ^-1 ) nach 2h Exposition an der Luft. Es wird angenommen, dass dies in engem Zusammenhang mit der Feuchtigkeit in der Luft steht. Die Studie zeigte auch, dass Veränderungen der internen Molekülstruktur eine wichtige Rolle bei der elektrischen Leistung der OTFTs spielen. Die vorliegende Arbeit vertiefte nicht nur das Verständnis der Ladungstransportmechanismen und strukturellen Veränderungen in C8-BTBT-Filmen, sondern liefert auch neue Ideen zur weiteren Verbesserung ihrer elektrischen Leistung.

Methoden

C8-BTBT-Abscheidung und OTFT-Geräteherstellung

Ein hochdotierter p-Typ-Silizium-(100)-Wafer mit einem 50 nm thermisch oxidierten SiO₂ Schicht wurde als Substrat für die Herstellung von organischen Dünnfilmtransistoren verwendet. Der Si-Wafer wurde als untere Gate-Elektrode verwendet, und das SiO₂ Schicht fungierte als Gate-Isolator. Die Substrate wurden mit Aceton, Isopropanol und entionisiertem Wasser jeweils 5 min lang unter Verwendung eines Ultraschallreinigers gereinigt. Um sicherzustellen, dass die Substratoberflächen sauber und trocken waren, wurden die Substrate auf einer Heizplatte an Luft für 15 min bei 120°C getrocknet. Um die Oberflächenhydrophobie zu verändern, wurden alle Proben 1 min lang einer UV-Ozon-Behandlung unterzogen. Diese Behandlungsdauer wurde basierend auf unseren früheren Ergebnissen gewählt [10]. In einer früheren Studie zeigte ein C8-BTBT OTFT, das einer 1 min UV-Oberflächenbehandlung ausgesetzt war, eine bessere elektrische Leistung als solche, die anderen UV-Behandlungsdauern oder einer Nicht-UV-Behandlung ausgesetzt waren. Die organische Halbleiterschicht wurde aus hochreinem C8-BTBT (≥ 99 %) (Sigma-Aldrich) und PMMA (Aladdin) gelöst in Chlorbenzol hergestellt. Die Lösung (0,5 Gew.-% C8-BTBT und 0,5 Gew.-% PMMA) wurde auf 50 nm SiO₂&sub2; bedecktes p++-Substrat (2000 rpm für 40 s). Jeder Spin-Coating-Zyklus erzeugte eine 45-nm-Schicht eines C8-BTBT-Films. Nach dem Tempern bei 60 °C für 2 h an der Luft wird MoO₃ (5 nm) wurde durch thermische Verdampfung durch eine Metallmaske abgeschieden. Diese Pufferschicht wurde entwickelt, um die Kontaktbarriere zwischen der Au-Elektrode und dem C8-BTBT-Halbleiter zu verringern und die Ladungsinjektion zu verbessern. Schließlich wurden Au-Source- und -Drain-Elektroden (40 nm) durch thermisches Aufdampfen unter Verwendung des gleichen MoO₃ . hergestellt Schattenmaske. Die resultierenden Transistorbauelemente hatten verschiedene Kanallängen im Bereich von 50 bis 350 µm, aber die gleiche Kanalbreite von 1200 µm

Material- und Gerätecharakterisierung

Ein Agilent B1500A Halbleitergerät-Analysator wurde verwendet, um die elektrische Leistung des Geräts zu messen. Oberflächenmorphologien und Rauhigkeiten wurden mittels Rasterkraftmikroskopie im Tapping-Modus (Asylum Research) beobachtet. Raman-Spektroskopie-Charakterisierungen wurden unter Verwendung eines Renishaw-in-Via-Raman-Mikroskops durchgeführt. Die Schichtdicke von C8-BTBT wurde mit einem Ellipsometer gemessen.

Vor der elektrischen Leistungsmessung wurden die Geräte unter bestimmten Umgebungsbedingungen gelagert (Hochvakuum, N₂ , O₂ , Luft) für 2 h, damit sie den gewünschten Gasen vollständig ausgesetzt sind. Der Einfachheit halber sind die Geräte einem Hochvakuum ausgesetzt (1,3 × 10 ⁻⁵ Torr), N₂ , O₂ , und Luft wird als HV bezeichnet, N₂ , O₂ , bzw. Luftgeräte. Für jede Umgebungsbedingung oder jedes Umgebungsgas wurden 70 Geräte gemessen, um zuverlässige und statistisch aussagekräftige elektrische Leistungsergebnisse zu erhalten. Darüber hinaus wurde die elektrische Leistung einer Probe als Funktion der Lufteinwirkungszeit überwacht, um ihre Stabilität in Luft zu untersuchen.

Ergebnisse und Diskussion

Die Querschnittsstruktur des OTFT-Geräts ist schematisch in Fig. 1a gezeigt. Von unten nach oben besteht es aus einem hochdotierten Si-Substrat, 50 nm Siliziumoxid, 45 nm C8-BTBT-Film und Au(40 nm)/MoO₃ (5 nm) Elektroden. Au/MoO₃ Source/Drain-Elektroden wurden verwendet, um die Kontaktbarriere zwischen den Au-Elektroden und C8-BTBT zu reduzieren, was dazu beitragen kann, die Ladungsinjektionseffizienz zu erhöhen und hochmobile Bauelemente herzustellen [10]. Abbildung 1b zeigt die Molekülstrukturen von C8-BTBT, MoO₃ und PMMA. Es sollte beachtet werden, dass PMMA in C8-BTBT hinzugefügt wurde, um in unserer Arbeit eine gemischte Lösung herzustellen. Das Einmischen eines Polymers in einen organischen Halbleiter mit kleinen Molekülen ist ein übliches Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Leistung eines organischen Halbleiters. Es hilft, einen glatten, durchgehenden Halbleiterfilm zu bilden. Darüber hinaus induzieren Massenunterschiede eine vertikale Phasentrennung, von der erwartet wird, dass sie die Anzahl der Oberflächenfallen im Halbleiter verringert [19]. Ein AFM-Oberflächenmorphologiebild des C8-BTBT-Dünnfilms ist in Abb. 1c gezeigt. Es weist auf eine große Korngröße, gute Oberflächenkontinuität und eine glatte Oberflächenmorphologie (RMS-Wert 2,081 nm) hin. Abbildung 1d zeigt schematische Diagramme der Testverfahren, die mit Proben verwendet wurden, die HV, Stickstoff, Sauerstoff und Luft ausgesetzt waren. Für jedes Umgebungsgas wurden 70 Geräte nach 2 h Exposition gemessen.

(Farbe online) (a ) Ein schematisches Diagramm der Gerätestruktur. (b ) Die molekularen Strukturen des im Experiment verwendeten C8-BTBT, Molybdänoxid und PMMA. (c ) AFM-Oberflächenmorphologiebild des C8-BTBT-Films, das einen kleinen RMS-Wert von 2.08 nm anzeigt. (d ) Testverfahren zur Messung der elektrischen Leistungsmerkmale von 70 Einheiten jedes Gerätetyps (Hochvakuum, Stickstoffatmosphäre, Sauerstoffatmosphäre und Luftatmosphäre)

Um zu verdeutlichen, wie sich die verschiedenen Umgebungsgase auf die elektrische Leistung des Geräts auswirken, wurden die Übertragungseigenschaften dieser vier Gerätetypen verglichen. Abbildung 2a und 2b zeigen typische Drain-Strom-Gate-Spannung (I _D -V _G ) Kurven des kurzen Kanals (L = 50 μm) und langer Kanal (L = 350 μm) Geräte. Alle Geräte haben die gleiche Kanalbreite von 1200 μm und wurden mit der gleichen – 40 V Drainspannung gemessen. Unabhängig von der Gasexposition oder der Kanallänge werden keine signifikanten Hystereseschleifen beobachtet. Eine offensichtliche Abnahme des Drainstroms im Sperrzustand (I _aus ) und Erhöhung des Drainstroms im Durchlasszustand (I _an ) sind für das der Luft ausgesetzte Gerät zu beachten. Sein Ein/Aus-Drain-Stromverhältnis beträgt bis zu 10 ⁷ , während die von HV-Geräten O₂ Geräte und N₂ Geräte sind 10 ⁶ . Darüber hinaus weist das Fluggerät eine fast doppelt so hohe Trägermobilität auf wie die anderen Geräte und ein V _TH das ist 5 bis 8 V niedriger. Die in den Abb. 2a und 2b gezeigten Ergebnisse zeigen, dass das Gerät, das 2 Stunden lang Luft ausgesetzt war, bessere elektrische Eigenschaften aufweist als Geräte, die anderen Umgebungsgasen ausgesetzt waren. Typische Übertragung (V _D = − 40 V) und Ausgangskennlinien von Luftgeräten mit einer Kanallänge von 350 μm sind in Abb. 2c bzw. 2d gezeigt. Diese Zahlen zeigen die hervorragenden elektrischen Leistungsmerkmale der lösungsverarbeiteten C8-BTBT-Transistoren. Ein gut gesättigtes Ich _D -V _G Kurve, groß I _an /Ich _aus von 10 ⁷ , und hohe Trägermobilität von 8,07 cm ² V ^-1 s ^-1 beobachtet werden. Die in Abb. 2c gezeigte kleine Hystereseschleife zeigt an, dass zwischen dem C8-BTBT und SiO₂ . eine unvollkommene Grenzfläche vorhanden ist . Das nichtlineare Ich _D -V _D Die in Abb. 2d gezeigten Kurven bei niedriger Drainspannung zeigen, dass die Potenzialbarriere an der Kontaktgrenzfläche trotz der Verwendung eines MoO₃ . immer noch nicht niedrig genug für eine ohmsche Leitung ist Schicht, um die Grenzflächenbarriere zwischen den S/D-Elektroden und dem Halbleiter zu reduzieren. Die elektrische Leistung des Druckluftgeräts kann durch zukünftige Schnittstellenoptimierung weiter verbessert werden.

(Farbe online) Typische Übertragungseigenschaften von Transistoren nach Einwirkung verschiedener Umgebungsbedingungen:50 μm (a ) und 350 μm (b ) Kanallängen. Typische Übertragungseigenschaften (c ) und Ausgangscharakteristik (d ) von Geräten mit Mobilitäten von 8,07 cm ² (V s) ⁻¹ , ich _an /Ich _aus Verhältnis von 10 ⁷ , und 350 μm lange Kanäle

Um zuverlässige und statistische Daten zu erhalten, haben wir insgesamt 280 Geräte gemessen (70 Geräte für jede Umgebungsbedingung). Die experimentellen Ergebnisse der Trägermobilität und der Schwellenspannung sind zusammengefasst und als Histogramme in den Fig. 3a und 3b aufgetragen. Darüber hinaus sind in Tabelle 1 die durchschnittlichen Trägermobilitäten, die höchsten Trägermobilitäten und die durchschnittlichen Schwellenspannungen von Geräten aufgeführt, die verschiedenen Umgebungsgasen ausgesetzt sind. Die höchste durchschnittliche Trägermobilität (4,82 cm ² .) V ^-1 s ^-1 ) und die niedrigste Schwellenspannung (− 20,16 V) werden bei Geräten beobachtet, die der Luft ausgesetzt sind. Somit weisen luftexponierte Geräte die besten elektrischen Leistungen der getesteten Gerätetypen auf. Das HV-Gerät, N₂ Gerät und O₂ Gerätehistogramme zeigen nur geringe Unterschiede in der durchschnittlichen Trägermobilität, der höchsten Trägermobilität und der Schwellenspannung. Es ist bekannt, dass Luft aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%), Feuchtigkeit usw. besteht. HV, N₂ , und O₂ Geräte weisen ähnliche elektrische Eigenschaften auf, was darauf hindeutet, dass die Exposition gegenüber N₂ und O₂ erzeugt keine signifikanten Leistungsunterschiede im Vergleich zu einem HV-Gerät. Es kann davon ausgegangen werden, dass Feuchtigkeit eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der elektrischen Leistung des Luftgeräts spielt. Die relative Luftfeuchtigkeit während dieser Experimente betrug 40–59 %. Folglich ist es wahrscheinlich, dass H₂ O in der Luft beeinflusst die Geräteleistung.

(Farbe online) Statistische Histogramme der Trägermobilitäten (a ) und Schwellenspannungen (b ) von Geräten beobachtet, die verschiedenen Prüfgasen ausgesetzt waren. c Diagramme des Übertragungsleitungsmodells mit linearen Anpassungen von R _Gesamt W und Auswirkungen von Umgebungsbedingungen auf Übergangswiderstände (d ), durchschnittliche Mobilitäten (e ) und durchschnittliche Schwellenspannungen (f )

Um die Variation der elektrischen Eigenschaften dieser C8-BTBT-basierten Transistoren aufgrund von Gasexposition zu verstehen, haben wir I . gemessen _D -V _G Kurven von Geräten mit Kanallängen von 50 bis 350 µm. Kontaktwiderstände Metall/Halbleiter (R _C ) wurden für alle vier Gerätetypen untersucht. Wir haben R . durchgeführt _C Extraktion mit der Transferleitungsmethode, die auf der folgenden linearen Regimegleichung (1) basiert:[20].

Abbildung 3c zeigt die Gesamtwiderstände (R _Gesamt ) von Geräten, die unterschiedlichen Umgebungsbedingungen als Funktion der Kanallänge ausgesetzt sind. Die R _C Werte werden aus dem y . extrahiert -Schnittpunkte der Fittinglinien und aufgetragen durch Expositionsgas. R _C Werte werden in Abb. 3d basierend auf den in Abb. 3c gezeigten Ergebnissen verglichen. Nur kleine Unterschiede zwischen HV, N₂ , und O₂ Geräte vermerkt. Das Luftgerät weist jedoch eine signifikante Verringerung des R . auf _C . Die durchschnittlichen Trägermobilitäten und die durchschnittlichen Schwellenspannungen sind in Fig. 3e bzw. 3f zusammengefasst. Die Luftgeräte weisen viel höhere Trägermobilitäten und niedrigere Schwellenspannungen auf als ihre Gegenstücke. Die R _C Werte, durchschnittliche und höchste Trägermobilitäten und Schwellenspannungen der vier Gerätetypen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Basierend auf den in Abb. 3d–f und Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen können wir schlussfolgern, dass die verbesserten elektrischen Eigenschaften der Luftgeräte hängen eng mit dem verringerten Kontaktwiderstand zwischen dem C8-BTBT-Halbleiter und den Source-/Drain-Elektroden zusammen. Darüber hinaus ist die N₂ und O₂ Die elektrischen Eigenschaften des Geräts weichen nicht wesentlich voneinander oder von denen des HV-Geräts ab. Dies weist darauf hin, dass das reduzierte R _C Werte, die zu erhöhten Trägermobilitäten und verringerten Schwellenspannungen führen, werden durch H₂ . verursacht O in Luft statt N₂ oder O₂ Konzentrationen. Die Mechanismen dieser Wechselwirkung sind nicht klar, aber wir nehmen an, dass Hydronium- und Hydroxylanionen aus H₂ O kann Fallen und Defekte in C8-BTBT-Halbleitern passivieren. Unsere aktuellen Ergebnisse liefern weitere Einblicke in die Rolle von Luft bei der Reduzierung der Kontaktwiderstände und der Verbesserung der elektrischen Gesamtleistung.

Um die Mechanismen, die Unterschiede in der elektrischen Leistung von Geräten verursachen, besser zu verstehen, führten wir Raman-Spektrenmessungen von C8-BTBT-Filmen durch, die verschiedenen Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren. Abbildung 4a vergleicht die Raman-Spektren von C8-BTBT-Filmen, die HV und Luft ausgesetzt wurden. Nur die 1300 cm ⁻¹ –1600 cm ⁻¹ Spektralbereich gezeigt, da diese Peaks typischerweise mit C8-BTBT-Molekülen assoziiert sind und alle ladungsempfindlichen Banden in diesem Bereich liegen. Typischerweise orientieren sich C8-BTBT-Moleküle an der Längsachse (c -Achse) Richtung entlang des SiO₂ /Si-Substrat. Eine Fischgrät-Anordnung von BTBT-Kernteilen erscheint in der Richtung in der Ebene [14]. Thiophenpeaks befinden sich bei 1314 cm ⁻¹ und 1465 cm ⁻¹ , während der C-H-Peak in der Ebene bei 1547 cm ⁻¹ . erscheint [6, 21]. Die Raman-Spektren von C8-BTBT-Proben, die HV, O₂ . ausgesetzt wurden , und N₂ weisen keine signifikanten Unterschiede auf. Wenn die Probe eine Zeit lang der Luft ausgesetzt wird, zeigt sie eine Davydov-Aufspaltung bei 1547 cm ⁻¹ aufgrund von Wechselwirkungen zwischen dem Hydroxylanion von Wasser und Wasserstoff von C–H-Gruppen. [22] Die C-H-Bindung aus der Stapelung von C8-BTBT-Molekülen ist typischerweise an der Oberfläche suspendiert [14]. Somit kann es leicht mit Feuchtigkeit in der Luft interagieren und die Trägermobilität über verbesserte π-π- und Van-der-Waals-Wechselwirkungen erhöhen [5, 9]. Dieses Ergebnis unterstützt weiter unsere frühere Annahme, dass Hydroxylanionen Fallen in den C8-BTBT-Filmen passivieren.

(Farbe online) (a ) Raman-Spektren (λ _exz = 633 nm) von C8-BTBT-Dünnschichten unter Hochspannungs- und Luftbedingungen. Der Einschub zeigt eine Vergrößerung des Bereichs zwischen 1542 und 1554 cm ⁻¹ . (b ) Schematische Diagramme der Austrittsarbeitsänderungen in MoO_x in HV- und Luftgeräten, was zu einer Verringerung der Barrierehöhe in Verbindung mit der Ladungsinjektion von der S/D-Elektrode zum C8-BTBT führt

Wie Irfan et al. berichtet [23], die Austrittsarbeit (W _F ) des thermisch verdampften 5,5 nm MoO_x ist 6,82 eV. Dieser nimmt jedoch nach 1 h Luftexposition um 1,18 bis 5,64 eV ab. Die Reduzierung von W _F bei Lufteinwirkung kann auf Feuchtigkeitsadsorption an der Filmoberfläche zurückzuführen sein. Basierend auf den von Irfan et al. gezeigten Ergebnissen haben wir ein Modell vorgeschlagen, das die Wirkung der Luftexposition auf den C8-BTBT-Kontaktwiderstand und die elektrische Leistung beschreibt (Abb. 4b) [9, 19, 23]. Es wird angenommen, dass eine Verringerung der Höhe der Kontaktbarriere zwischen dem Metall und dem Halbleiter die Ladungsträgerinjektionseffizienz verbessern, den Kontaktwiderstand verringern und die Ladungsträgermobilität erhöhen würde. Ein weiterer möglicher Mechanismus von R _C Reduktion ist die Passivierung von Fallen in der Grenzfläche zwischen C8-BTBT und Au/MoO₃ Elektrode. Nach Wang et al. beeinflusst die Metall/Halbleiter-Grenzflächenfallendichte signifikant den Grenzflächenübergangswiderstand [24]. In der vorliegenden Arbeit passiviert Hydronium aus Wasser Grenzflächenfallen und erzeugt ein R _C Reduzierung.

Schließlich wurde die Luftstabilität der C8-BTBT OTFTs untersucht. Wir haben die elektrischen Eigenschaften von C8-BTBT-Geräten gemessen, die bis zu 9120 min (~ 1 Woche) der Luft ausgesetzt waren. Abbildung 5a vergleicht I _D -V _G Eigenschaften von Geräten mit Lufteinwirkungszeiten von 0 min, 2 h und 9120 min. Die Trägermobilität ist in Abb. 5b als Funktion der Luftexpositionsdauer dargestellt. Die Trägermobilität eines nicht der Luft ausgesetzten Geräts beträgt 1,97 cm ² . V ^-1 s ^-1 . Die Mobilität nimmt mit der Dauer der Luftexposition zu, bis diese Dauer 4 h erreicht. Höchste Trägermobilität (3,08 cm ² .) V ^-1 s ^-1 ) wird nach einer Lufteinwirkungszeit von 2 bis 4 h erreicht. Eine weitere Überwachung der Trägermobilität zeigt, dass sie mit zusätzlicher Luftexposition allmählich abnimmt. Die Mobilität des Trägers sinkt auf 1,61 cm ² V ^-1 s ^-1 nachdem das Gerät 9120 Minuten lang der Luft ausgesetzt wurde (ca. 1 Woche). Diese Verschlechterung der Trägermobilität kann auftreten, weil der Kanal leicht durch Feuchtigkeit oxidiert wird, wie unten in Gl. (2) [25]. In dieser Gleichung repräsentieren OSC und OSC+ den organischen Halbleiter bzw. das molekulare Kation.

(Farbe online) (a ) Typisch I _d -V _g Eigenschaften des HV-Geräts, 2-h-Luftgeräts und 9120-min-Luftgeräts; (b ) Trägermobilität als Funktion der Lufteinwirkungszeit

Nach einiger Zeit der Luftexposition induziert die Feuchtigkeitsadsorption unbesetzte Zustände über dem HOMO und erzeugt tiefe Lochfallen, die den Ladungsträgertransport im Kanal erheblich verschlechtern und den Kontaktwiderstand erhöhen [24]. Gomeset al. und Peteret al. haben gezeigt, dass Wasser auf der Oberfläche von SiO₂ spielt eine wichtige Rolle in p-OTFTs. Aufgrund der Si–O–H ↔ Si–O ⁻ + H ⁺ Reaktion ist eine signifikante Menge Hydronium in der absorbierten Wasserschicht vorhanden [26]. Außerdem werden bewegliche Ladungen im Halbleiter langsam durch unbewegliche Ladungen am SiO₂ . ersetzt Oberfläche, die reversibel in Bulk-SiO₂ . migrieren kann . Daher führt eine längere Zeiteinwirkung an der Luft, eine ständige Absorption und Wechselwirkung von Feuchtigkeit zu einer erhöhten Instabilität des Transistors [27] und verringert seine Trägermobilität.

Anhand einer Vergleichsstudie von Geräten, die verschiedenen Gasumgebungen ausgesetzt waren, haben wir gezeigt, dass die Feuchtigkeit in der Luft einen signifikanten Einfluss auf die elektrischen Leistungsmerkmale von C8-BTBT-OTFT-Geräten hat. Wir haben auch festgestellt, dass eine geeignete Luftaussetzungszeit die elektrische Leistung der Vorrichtung verbessern kann, eine lange Belichtungszeit sie jedoch verschlechtert. Es wird allgemein angenommen, dass die Exposition organischer Geräte der Luft schädlich für ihre elektrischen Eigenschaften ist. Die vorliegende Arbeit zeigt auch die positive Rolle von Feuchtigkeit bei der Passivierung von C8-BTBT-Halbleiterfallen und der Senkung des R _C Werte. Es bietet auch nützliche Einblicke in die Ideen, die die Leistung von C8-BTBT-OTFT-Geräten verbessern und das Wissen über ihre Luftstabilität verbessern können.

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend haben wir die Auswirkungen von Umgebungsgasen auf die elektrischen Eigenschaften von lösungsverarbeiteten C8-BTBT-OTFTs untersucht. Die elektrischen Eigenschaften von Geräten, die verschiedenen Umgebungsgasen ausgesetzt sind (HV, O₂ , N₂ , und Luft) verglichen. Wir haben beobachtet, dass die elektrischen Eigenschaften des O₂ Gerät und N₂ Gerät variierte wenig im Vergleich zum HV-Gerät. Beim Luftgerät wurde jedoch eine deutliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften beobachtet. Für die 70 Geräte mit 2 h Luftexposition betrugen die durchschnittliche und höchste Trägermobilität 4,82 und 8,07 cm ² V ^-1 s ^-1 , bzw. Im Vergleich dazu 2,76 und 4,70 cm ² V ^-1 s ^-1 für HV-Geräte. Die niedrigsten Schwellenspannungen wurden auch bei Verwendung der Luftgeräte beobachtet. Es wird angenommen, dass die verbesserte elektrische Leistung des Luftgeräts auf einen verringerten Kontaktwiderstand und ein verringertes MoO₃ . zurückzuführen ist Arbeitsfunktion nach Luftexposition. Darüber hinaus wurde die Luftstabilität von C8-BTBT OTFT untersucht. Die elektrische Leistung verschlechterte sich bei Exposition gegenüber Luft für mehr als 4 h. Diese Arbeit liefert ein systematisches Verständnis des Einflusses von Umgebungsbedingungen auf die elektrischen Leistungsmerkmale von lösungsverarbeiteten C8-BTBT-OTFTs. Es hilft bei der Entwicklung von leistungsstarken, luftstabilen, druckbaren OTFT-Geräten.

Abkürzungen

AFM:

Rasterkraftmikroskopie

Au:

Gold

C8-BTBT:

2,7-Dioctyl [1] benzothieno[3,2-b][1]-benzothiophen

HOMO:

Höchstes besetztes Molekülorbital

HV:

Hochvakuum

I _D :

Strom entziehen

L:

Kanallänge

MoO₃ :

Molybdänoxid

OTFTs/OTFT:

Organische Dünnschichttransistoren

PMMA:

Polymethylmethacrylat

R _C :

Kontaktwiderstand

RMS:

Quadratischer Mittelwert

R _Gesamt :

Gesamtwiderstände

TFTs:

Dünnschichttransistoren

V _G :

Gatespannung

W :

Kanalbreite