Ανάπτυξη προηγμένων Transparent conductive oxides και μελέτη των διεπιφανειών τους με οργανικούς ημιαγωγούς και εύκαμπτα πολυμερικά υποστρώματα
Creators: name: Γαργανουράκης, Μάριος Στεργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Διάφανα αγώγιμα οξείδια
Οργανικοί ημιαγωγοί
Εύκαμπτες οργανικές διατάξεις
Οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO)
Pedot PsS
Φασματοσκοπική ελλειψομετρία
Transparent conductive oxides
Organic semiconductors
Flexible electronic devices
Zinc Oxide
PEDOT PSS
Spectroscopic ellipsometry

description: Η τεχνολογία των ημιαγώγιμων υλικών τα τελευταία 50 χρόνια στηρίζεται σε ανόργανους ημιαγωγούς όπως το πυρίτιο (Silicon-Si), το γάλιο αρσενικό (Gallium Arsenium- GaAs), το γερμάνιο (Germanium-Ge) και άλλα. Πολλές τεχνολογικές εφαρμογές που στηρίζονται σε τέτοιους ημιαγωγούς βρήκαν εφαρμογή άμεσα στην τεχνολογία (Η/Υ, φωτοβολταϊκές κυψελίδες, transistors, οθόνες και άλλα). Παρόλη τη ευρεία εφαρμογή των υλικών αυτών σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας, προβλήματα όπως διάρκεια ζωής, απόδοση, φιλικότητα στο περιβάλλον, ευκολία στη διεργασία και εφαρμογή, έγιναν αισθητά όταν πλέον έπρεπε να δημιουργηθούν διατάξεις – συσκευές κυρίως στην οπτοηλεκτρονική που να πληρούν περισσότερες προϋποθέσεις και να απαντούν στις προκλήσεις και απαιτήσεις των καιρών. Όταν λοιπόν οι απαιτήσεις για απόδοση και διάρκεια ζωής έγιναν υψηλότερες τότε αναδείχθηκε η ανάγκη για νέα υλικά που θα ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις αυτές. Το βάρος της επιστημονικής έρευνας έπεσε στη μελέτη οργανικών πλέον ημιαγωγών που θα αντικαταστήσουν τα ήδη υπάρχοντα ανόργανα υλικά. Επίσης τα σκληρά υποστρώματα αρχίζουν να αντικαθίστανται από εύκαμπτα πολυμερή και πλέον μπαίνουμε στην νέα τεχνολογία των εύκαμπτων ηλεκτρονικών διατάξεων (εύκαμπτες οθόνες, φωτοβολταϊκά και transistors). Για το λόγο αυτό πρέπει να μελετηθούν και υλικά που θα μπορούν να συνδυαστούν με τα νέα αυτά υποστρώματα (νέα ηλεκτρόδια ανόδου για παράδειγμα όπως επίσης και νέα υλικά που θα λειτουργούν ως source-drain σε ένα transistor). λειτουργικών ZnO διατάξεων. Η χρήση εύκαμπτων πολυμερικών υποστρωμάτων για την παραγωγή εύκαμπτων ηλεκτρονικών συσκευών (Flexible Electronic Devices-FEDs), όπως είναι οι εύκαμπτες οθόνες, τα οργανικά φωτοβολταϊκά κελιά ή οι ηλεκτροχρωμικές διατάξεις, οι οποίες έχουν μικρή αντοχή στη θερμότητα, επιβάλλει πιο αυστηρές αξιώσεις όσον αφορά τις παραμέτρους εναπόθεσης των TCO (Transparent Conductive Oxide) λεπτών υμενίων που χρησιμοποιούνται ως ηλεκτρόδια και τα οποία θα πρέπει να εναποθέτονται σε θερμοκρασία δωματίου. Το ZnO, ως ημιαγωγός αμέσου ενεργειακού χάσματος με εξαγωνική κρυσταλλική δομή του βουρτσίτη (würtzite), είναι το πιο πολλά υποσχόμενο υλικό για την παραγωγή νέας γενιάς FEDs, κερδίζοντας μεγάλο μέρος του εμπορικού και επιστημονικού ενδιαφέροντος σε σχέση με τα άλλα TCO φιλμ, όπως είναι το οξείδιο ινδίου-κασσιτέρου (Indium Tin Oxide-ITO). Μερικά από τα πολλά πλεονεκτήματα του ZnO είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητά του που μεταβάλλεται με κατάλληλο εμπλουτισμό (doping) ή με εκ των υστέρων ανόπτηση (post-annealing), η καλή συμπεριφορά του όσον αφορά την απορροφητικότητα στο UV μέσω διαταινιακών μεταπτώσεων (band-to-band transitions), η συμβατότητά του με διεργασίες παραγωγής μεγάλης κλίμακας, το χαμηλό κόστος του και η αφθονία στην οποία βρίσκεται, η μη τοξικότητα και η βιοσυμβατότητά του και ο εύκολος τρόπος παρασκευής του. Ένα βήμα παραπάνω είναι να μελετηθούν υλικά με προσμίξεις όπως για παράδειγμα το Aluminum Zinc Oxide (AZO), το οποίο παρουσιάζει βελτιωμένες ιδιότητες όσον αφορά τις οπτικές ιδιότητες και την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Οργανικοί ημιαγωγοί όπως το PEDOT:PSS, P3HT θα αποτελέσουν την νέα τεχνολογία ημιαγώγιμων υλικών για τις εύκαμπτες οπτοηλεκτρονικές διατάξεις, υλικά εύκολα στη χρήση και την ανάπτυξη, φθηνότερα και με μεγαλύτερες αποδόσεις και χρόνο ζωής. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής εργασίας πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη και χαρακτηρισμός λεπτών υμενίων ΙΤΟ, ZnO και ΑΖΟ πάνω σε πολυμερικά υποστρώματα με τεχνική Pulsed DC Magnetron Sputtering και Electron Beam Evaporation (EBE). Πάνω σε αυτή τη διάταξη αναπτύχθηκαν οι οργανικοί ημιαγωγοί PEDOT:PSS, P3HT με spin coating για την περαιτέρω εξέλιξη της FED, οπότε πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός των υλικών αυτόνομα αλλά και σαν διάταξη. Ο χαρακτηρισμός των υλικών έγινε χρησιμοποιώντας την Φασματική Ελλειψομετρία (Spectroscopic Ellipsometry-SE) για τις οπτικές ιδιότητες αλλά και για προσδιορισμό του πάχους των υμενίων. Με in-situ και real-time Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία είναι δυνατή η παρακολούθηση της ανάπτυξης των λεπτών υμενίων και η εξαγωγή σημαντικών πληροφοριών τόσο για την εξέλιξη των οπτικών ιδιοτήτων τους όσο και για τον τρόπο ανάπτυξής τους. Για ολοκληρωμένη μελέτη λήφθηκαν εικόνες από Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο για περισσότερα στοιχεία για τη δομή των υλικών και Atomic Force Microscopy (AFM) για μελέτη της νανοτοπογραφίας των υμενίων, καθώς επίσης και μετρήσεις ηλεκτρικής αγωγιμότητας.
description: The last years much attention has been paid on improving the efficiency of opto-electronic devices, which is mainly a materials issue. Therefore focus must be paid on the development and functionalization of materials for flexible electronic devices, especially on the polymeric active layers, such as PEDOT:PSS and on Transparent Conductive Oxides (TCOs). The already well-studied TCOs like Indium Tin Oxide (ITO) needs to be replaced due to the high production cost, it is not compatible to all flexible substrates, it is toxic and brittle. Zinc Oxide (ZnO) is a wide direct band-gap semiconductor having the hexagonical crystal structure of wurtzite and high exciton bind energy. Moreover it appears to have high electrical conductivity, piezoelectricity, easy fabrication, low cost, non-toxicity and many application advantages. Dopants in ZnO have been studied intensively the last years especially aluminum (AZO) due to the improvement in optical and electrical properties. Nevertheless much effort should be made in order to fully understand the working mechanism of pure and doped ZnO for application on Flexible Electronic Devices (FEDs). Organic conductors such as PEDOT:PSS are used as hole transfer layers in FEDs and other applications like sensors, solar cells, etc. Moreover, a p-n junction that would be functional in OLEDs and OPVs devices was developed. P- type thin films of Poly(3,4- ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) were spin coated onto ZnO/ PET thin films and their properties were evaluated with respect to the ZnO thin film thickness as well. Moreover, emissive layers such as P3HT mixed with different solvents and the small molecule a-quaterthiophene, were deposited onto flexible and rigid substrates for further and in deep research, revealing the optical properties of these materials and a database for further research to the following researchers.