Self-assembled monolayers in organic electronics

Abstract

In de afgelopen jaren hebben organische (plastic) halfgeleiders steeds meer aandacht gekregen vanwege mogelijk gebruik in elektronische toepassingen zoals zonnecellen, LED’s en veldeffect transistors. Ze kunnen goedkoop op grote schaal gefabriceerd worden en hebben goede mechanische eigenschappen. Een veelbelovende techniek voor de fabricage van organische elektronica is ‘bottom-up self-assembled monolayer’ (SAMs), waarbij moleculen zichzelf formeren in complexe patronen en structuren zonder menselijke interventie. Ondanks het feit dat een SAM bestaat uit maar één laag moleculen, kunnen SAMs de macroscopische mechanische en elektrische eigenschappen van een oppervlak veranderen. SAMs zijn aangebracht op de elektrodes om de werkfunctie te manipuleren. De injectie van lading in de halfgeleider kan zo worden verbeterd of onderdrukt. Het regelen van de drempelspanning in OFETs (organic field-effect transistors) kan ook door middel van SAMs. SAMs die zijn gemaakt van geconjugeerde moleculen kunnen functioneren als halfgeleidende lagen in een OFET. Uit het onderzoek blijkt dat werkende OFETs met slechts een monolaag halfgeleider verrassend genoeg kunnen worden gemaakt door middel van spincoaten In recent years organic semiconductors have attracted considerable attention for application in electronic devices such as solar cells, light-emitting diodes and field-effect transistors. The advantages of the use of polymers are their unique electrical and mechanical properties and the opportunity to produce low-cost electronics on large area substrate such as glass and plastic. A promising technology for organic electronics is bottom-up self-assembled monolayer (SAM), where molecules self-organize into complex patterns and structures without human intervention. Despite being only a single molecular layer thick, the SAM can change the macroscopic mechanical and electrical properties of surfaces. SAMs are applied onto the metal electrodes to tune the work function. The charge injection into the semiconductor can be enhanced or suppressed. Controlling the threshold voltage in OFETs can be done by SAMs. SAMs made from conjugated molecules can act as semiconducting layers in an OFET, it is shown that monolayer OFETs can surprisingly be made by simple spin coating. The mobility of the semiconductor is comparable with that of a bulk layer of the same material. The SAMFETs can also made by solution process. The SAMFETs made with SiO2 as the gate dielectric cannot be used for flexible electronics as the substrate is not bendable. The fully functional circuits demonstrate long-range order over large areas of a bare polymer surface, which can be regarded as the start of flexible monolayer electronics is the main report of this thesis.