Κατασκευή οργανικών τρανζίστορ λεπτών υμενίων βασισμένα στο α,ω dihexyl-sexithiophene (DH-6T) με τεχνικές κενού και χαρακτηρισμός των ιδιοτήτων τους
Creators: name: Νομικός, Γεώργιος Αριστείδη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Οργανικά ηλεκτρονικά
Nanosciences
Nanotechnologies
Organic Elecronics

description: Η αύξηση των προσδοκιών που επιτάσσει η εξέλιξη της τεχνολογίας στα ηλεκτρονικά και ταυτόχρονα η ανάγκη για χρήση οικονομικότερων υλικών και πιο φιλικών ως προς το περιβάλλον, σε σχέση με τα συμβατικά όπως το πυρίτιο που χρησιμοποιούνται τα τελευταία 50 χρόνια, έχει δημιουργήσει μια έντονη ερευνητική δραστηριότητα γύρω από πρωτότυπα υλικά τα οποία θα χρησιμοποιηθούν σε καινοτόμες ηλεκτρονικές διατάξεις. Τα οργανικά υλικά και συγκεκριμένα οι οργανικοί ημιαγωγοί δείχνουν πολύ υποσχόμενα υλικά προς αυτό το σκοπό, με εφαρμογές που αφορούν κυρίως στην απεικόνιση (οργανικές φωτοδίοδοι), στην ενέργεια (οργανικά φωτοβολταικά) και στα ολοκληρωμένα κυκλώματα (οργανικά τρανζίστορ). Οι υψηλής απόδοσης οπτοηλεκτρονικές συσκευές που βασίζονται σε π-συζευγμένες οργανικές ενώσεις έχουν ερευνηθεί εκτενώς, λόγω των δυνητικών πλεονεκτημάτων τους, όπως η ευκολία στη σύνθεση και επεξεργασία, το χαμηλό τους κόστος και η άριστη μηχανική τους ευελιξία. Ανάμεσά τους, το α, ω,-δι-εξυλ-εξαθειοφένιο (DH-6Τ) έχει προσελκύσει την προσοχή λόγω της υψηλής κινητικότητας φορέων φορτίου και της ενισχυμένης σταθερότητας που εμφανίζει. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, οργανικά τρανζίστορ λεπτού φιλμ (OTFTs) «άνω επαφής» βασισμένα στο DH-6T κατασκευάστηκαν με εξάχνωση υπό κενό πάνω σε υποστρώματα πυριτίου. Αυτό-οργανωμένες μονοστιβάδες (SAMs) όπως η εξαμεθυλοδισιλαζάνη (HMDS) και άλλα μη-πολικά διηλεκτρικά όπως το πολυ (μεθακρυλικό μεθύλιο) (ΡΜΜΑ) ή το πολυ (στυρένιο) (PS) χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία των υποστρωμάτων SiO2, προκειμένου να μελετηθεί η επιρροή τους όσον αφορά τις δομικές και μορφολογικές ιδιότητες του ημιαγωγού. Επιπλέον, διεξήχθησαν συγκριτικές έρευνες των αποτελεσμάτων της θερμικής κατεργασίας των διατάξεων (ανόπτηση). Η ανάλυση των χαρακτηριστικών των διαφόρων συσκευών αποκάλυψε μια σημαντική βελτίωση στην ηλεκτρική συμπεριφορά, από άποψη υστέρησης, ορίου τάσης, Ion / Ioff αναλογίας και κινητικότητας των φορέων, μετά την επεξεργασία με SAMs ή πολυμερικά παθητικά στρώματα καθώς και μετά τη θερμική κατεργασία. Ένα άλλο πειραματικό μέρος είχε να κάνει με το ρυθμό εναπόθεσης των ημιαγωγών και τις πιθανές επιδράσεις του στη δομή και τη μορφολογία των ανεπτυγμένων λεπτών υμενίων. Στο τελευταίο πειραματικό μέρος μετρήθηκε η υποβάθμιση των συσκευών μετά από έκθεση ενός μήνα σε συνθήκες περιβάλλοντος. Διάφορες μέθοδοι και τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για τη σύνθεση των υλικών, όπως τεχνική spin coating, θερμική εξάχνωση και εξάχνωση δέσμης ηλεκτρονίων. Ο χαρακτηρισμός της δομής έγινε με περίθλαση ακτίνων Χ, ενώ τα μορφολογικά χαρακτηριστικά προσδιορίστηκαν από μετρήσεις Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων (AFM).
description: During the last years there has been an intense research activity on novel materials which can be used in innovative electronic devices. The core of this research is the replacement of conventional materials, such as Silicon, that used for the past 50 years in electronics. The reason is the increase of expectation because of the advancement of technology and simultaneously the need for less expensive and environmental friendly materials. Organic materials and mostly organic semiconductors seem to be very promising materials, with their main application concerning imaging (Organic Light Emitting Diodes), Energy (Organic Photovoltaics) and Integrated Circuits (Organic Thin Film Transistors). High-performance optoelectronic devices based on π-conjugated organic compounds have been extensively investigated due to their potential advantages such as the ease of synthesis and processing, the low cost and the excellent mechanical flexibility. Among a wide variety of organic semiconducting molecules, α,ω,-dihexylsexithiophene (DH-6T) has attracted particular attention due to its high field-effect mobility and enhanced stability. In the present work, “top-contact” organic thin films transistors (OTFTs) based on DH-6T were realized using vacuum evaporation onto Si substrates. Self Assembled Monolayers (SAMs) such as Hexamethyldisilazane (HMDS) and other non-polar dielectrics such as poly(methyl methacrylate) (PMMA) or poly(styrene) (PS) were utilized as modifying layers over SiO2, in order to study their influence to the structural and morphological properties of the semiconductor. Furthermore, comparative investigations of the effects of interface treatment using thermal post-annealing were conducted. The analysis of the characteristics of the various devices revealed a significant improvement in the electrical behavior, in terms of hysteresis, threshold voltage, Ion/Ioff ratio and charge carrier mobility when using SAMs or polymeric passive layers and thermal post-treatment. Another part of experiments had to do with the rate of deposition of the semiconductor and the influences it may have in the structure and morphology of thin films developed. Device Degradation after one month in air was measured during the last experimental part. Several methods were used for the synthesis of materials such as spin coating, thermal evaporation and e-beam evaporation. The characterization of the structure was done using X-Ray Diffraction, whereas the morphological characteristics were determined by Atomic Force Microscopy (AFM) measurements.