Jurchescu, Oana Diana

Dutch

Organic field-effect transistor characteristics were improved in the past years by implementation of novel processing techniques. However, the charge carrier mobility remains limited. In this context, our efforts focus on the understanding of the microscopic processes that determine the value of the mobility in molecular crystals, in particular the generation and migration of defects. The work aims not only at improving the performance of organic materials for possible incorporation in devices, but also at satisfying the pressing need for insight into the relevant physical processes that govern the electrical conduction in these materials

Dissertations of the University of Groningen

   University of GroningenMolecular organic semiconductors for electronic devicesJurchescu, Oana DianaIMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite fromit. Please check the document version below.Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordPublication date:2006Link to publication in University of Groningen/UMCG research databaseCitation for published version (APA):Jurchescu, O. D. (2006). Molecular organic semiconductors for electronic devices. s.n.CopyrightOther than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of theauthor(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).The publication may also be distributed here under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license.More information can be found on the University of Groningen website: https://www.rug.nl/library/open-access/self-archiving-pure/taverne-amendment.Take-down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediatelyand investigate your claim.Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons thenumber of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.Download date: 04-06-2022SamenvattingOrganische materialen komen in aanmerking voor nieuwe halfgeleidertoepassingenin plastic elektronica componenten in commerciële apparatuur. Deze materialenbieden voordelen ten opzichte van de gangbare anorganische halfgeleiders alshet gaat om verwerking (er zijn slechts relatief simpele technieken zoals spincoaten en printen nodig) en functionaliteit (modificatie van de moleculen biedteen rijke variëteit in functie). Veel vooruitgang is reeds geboekt in de ontwikkelingvan organische elektronische devices. Grootschalig gebruik van organischeVeldeffecttransistoren houdt in dat hoge eisen moeten worden gesteld aanhun prestaties, betrouwbaarheid, stabiliteit, levensduur, beheersbaarheid enreproduceerbaarheid.Een maat voor de prestatie van een halfgeleider is de beweeglijkheid van zijnladingsdragers. Dit is een graadmeter voor het succes van verschillende organischehalfgeleiders. Het tot stand brengen van goede transporteigenschappen is inherentaan het bereiken van hoge mobiliteiten. Het onderzoek dat in dit proefschriftaan de orde komt, stelt zich ten doel om te komen tot een beter begrip van demicroscopische processen die ten grondslag liggen aan de elektrische geleiding inmoleculaire kristallen: het verband tussen moleculen, intermoleculaire interacties,defect dichtheden en ladingstransport. Dit proefschrift omvat naast onderzoeknaar eigenschappen van organische moleculaire kristallen op het gebied vanmaterialen (Hoofdstukken 2, 4, 5, 6), tevens onderzoek naar hun eigenschappenwanneer zij zijn ingebouwd in devices (Hoofdstuk 3). De kerndoelen van135136 Samenvattingons onderzoek zijn enerzijds het in staat zijn om moleculaire stapeling, defectdichtheid en device opbouw in verband te brengen met elektronische eigenschappenen anderzijds om die kennis toe te passen in het ontwerp van elektronischedevices met verbeterde prestaties. Onderzoek in het verleden werd bemoeilijktdoor de slechte reproduceerbaarheid van meetresultaten en de aanwezigheid vanstructuurdefecten, zodat de metingen aan intrinsieke eigenschappen ontoegankelijkwaren. In de laatste jaren is een ongekende beheersing mogelijk van zowel destructuureigenschappen op moleculaire schaal als van de ladingsdichtheidsverdelingdoor een beter begrip van materiaaleigenschappen van organische halfgeleiders eneen zorgvuldig ontwerp van de device opbouw.Binnen deze algemene context bestuderen we in het bijzonder éénkristallenvan pentaceen en rubreen, moleculaire geleiders met de tot dusver hoogstgerapporteerde mobiliteiten. Hoewel dergelijke materialen in de hoedanigheid vanéénkristal nooit aan de algemeen geldende eisen voor toepassing op grote schaalkunnen voldoen, verschaffen deze éénkristallen ons toch een uniek instrumentariumvoor onderzoek naar intrinsieke eigenschappen en bieden zij ons tevens modelsystemen. Van de materialen waar wij ons op richten, groeien we éénkristallenen bepalen hun kristalstructuur door middel van Röntgendiffractie. Verder doenwij onderzoek naar de chemische en fysische eigenschappen van pentaceen. Debepaling van dergelijke eigenschappen berust op het gebruik van infrarood-, UV-Vis- en massaspectroscopie in combinatie met vloeistofchromatografie met hoogoplossend vermogen. We maken gebruik van ruimteladingsbegrensde stroom- enveldeffecttransistor metingen om de ladingstransporteigenschappen te bestuderen.In hoofdstuk 2 tonen we aan dat de zuiverheid van het materiaal een sterkeinvloed heeft op de prestaties van de elektronische devices. Onzuiverheden kunnenelektrisch actieve toestanden in de band gap van halfgeleiders introduceren, of deladingsverdeling in het aangrenzende kristalvolume verstoren. Op die manierbenvloeden zij in sterke mate de elektronische eigenschappen van organischekristallen. We verrichten een kwantitatieve analyse op pentaceenchinon, debelangrijkste onzuiverheid in pentaceen éénkristallen. Bovendien tonen we aandat het terugbrengen van de concentratie van deze onzuiverheid met een factorvijf (van 0.11% naar 0.028%) resulteert in een afname met twee ordes van groottevan het aantal afgevangen ladingsdragers (van Nt = 1013 cm−3 naar Nt = 1011cm−3) en ook de mobiliteit hoger wordt (µ = 35 cm2/Vs).In de analyse corrigeren we voor de effectieve kristaldikte die wordt veroorzaaktdoor de anisotrope weerstand en de verdeling van het elektrische veld binnen hetmateriaal. Een gedetailleerde beschrijving van het algoritme wordt behandeld inhoofdstuk 4. In hoofdstuk 3 komt aan bod dat pentaceenchinon onzuiverhedenSamenvatting 137zich bij voorkeur aan het kristaloppervlak bevinden en bovendien daar degeleiding in sterke mate bëınvloeden door ladingsdragers te verstrooien. Dooronzuiverheden die fungeren als strooicentra om te vormen tot gate diëlectricum,kan deze belemmering worden verholpen. De transistoren die op deze maniervervaardigd zijn, hebben een aan/uit verhouding van 106 en mobiliteiten dieovereenstemmen met de waarden die zijn gevonden voor het bulk materiaal.Organische elektronische devices moeten hun taak kunnen blijven vervullenwanneer ze worden blootgesteld aan de lucht. Daarom is de invloed van vocht enzuurstof van belang voor hun gedrag. Ons werk richt zich op het verbeteren vande prestaties en betrouwbaarheid van organische devices. Hiertoe onderzoekenwe de fysische processen die de elektrische eigenschappen van deze materialenbepalen in de aanwezigheid van lucht. We tonen aan in hoofdstuk 5 dat dezuurstof/waterdamp die aanwezig is in de lucht diffundeert in het kristal. Ditdiffusieproces genereert gaten/vallen, wat leidt tot verbetering/verslechtering vande geleiding. De twee effecten zijn in competitie, treden gezamenlijk op en kunnenvan vergelijkbare orde van grootte zijn. Door elektrische en thermogravischemetingen te combineren verschaffen we ons een kwantitatief beeld van dezeeffecten. We hebben vastgesteld dat er in de aanwezigheid van licht gemiddeldtwee O2 moleculen nodig om een gat te creëren, vergeleken met vier moleculenin het donker. Hoofdstuk 6 behandelt rubreen éénkristallen. We brengende enorme verandering in mobiliteit bij 175 K in verband met veranderingenin kristalstructuur met behulp van overdrachtsmatrixelement tussen naburigemoleculen. DSC metingen duiden op een fase overgang bij 175 K, maar hiervoorzijn geen aanwijzingen gevonden in een Röntgendiffractie studie.We hebben hoge mobiliteiten bereikt door een uitgebalanceerde beheersing vande zuiverheidsgraad van de gebruikte materialen. Verder hebben we op succesvollewijze devices vervaardigd en organische FETs gemeten die in staat waren de hogemobiliteiten te reproduceren zoals die gevonden waren in experimenten die debulk eigenschappen in kaart plegen te brengen. Onze belangstelling gaat uit naareen breed onderzoeksgebied en combineert kristalgroei, kristal structuurbepalingen ladingstransport metingen. Het werk dat in dit proefschrift aan de aan de ordekomt, geeft inzicht in de fysische processen zoals het ontstaan en de migratie vandefecten in organische kristallen, omgevingseffecten en effecten op de electrischegeleiding van moleculaire kristallen die gerelateerd zijn aan de device opbouw.

Molecular organic semiconductors for electronic devices

https://pure.rug.nl/ws/files/2848949/09_samenvatting.pdf

Molecular organic semiconductors for electronic devices

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Dissertations of the University of Groningen