Παρασκευή και χαρακτηρισμός εύκαμπτων οργανικών Τρανζίστορ Λεπτού Υμενίου (OTFTs) μέσω τεχνικών εκτύπωσης
Creators: name: Κουτσιάκη, Χριστίνα Αιμίλιου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Τρανζίστορ Λεπτού Υμενίου
Οργανικά Ηλεκτρονικά
Τεχνικές εκτύπωσης
OTFTs
Organic Electronics
Printing Methods

description: Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη και χαρακτηρισμός εύκαμπτων οργανικών τρανζίστορ λεπτού υμενίου (OTFTs) μέσω χρήσης τεχνικών εκτύπωσης. Ως οργανικά υλικά χρησιμοποιήθηκαν τα PMMA και PVP για το διηλεκτρικό στρώμα και το TIPS-Pentacene για το στρώμα του ημιαγωγού. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η βελτιστοποίηση της ανάπτυξης του υμενίου PMMA, χρησιμοποιώντας διαλύτες με διαφορετικά σημεία βρασμού. Η βελτιστοποίηση της τραχύτητας του υμενίου ταυτοποιήθηκε με τη χρήση Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων, όπου παρατηρήθηκε RMS Roughness της τάξεως κάτω του 1 nm. Λόγω της ασυμβατότητας μεταξύ του PMMA και το άνω στρώματος (TIPS-Pentacene), το επόμενο διηλεκτρικό στρώμα που επιλέχθηκε ήταν το PVP, όπου πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση στο πάχος του (500 nm), στην τραχύτητα (RMSR=1 nm) και στη διαδικασία crosslinking για την αποφυγή επιφανειακών ασυνεχειών (τρύπες). Η επιφανειακή μορφολογία και το πάχος του PVP μελετήθηκαν με Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων και Φασματοσκοπική Ελλειψομετρία αντίστοιχα. Στη συνέχεια έλαβε χώρα η ανάπτυξη του ημιαγωγικού στρώματος (TIPS-Pentacene) με τη χρήση δύο τεχνικών εκτύπωσης, το slot die printing και το spray coating. Στην περίπτωση του slot die printing εφαρμόσθηκαν 3 θερμοκρασίες εκτύπωσης, με τη βέλτιστη να ανέρχεται στους 40 ℃. Και στις δύο περιπτώσεις ανάπτυξης του ημιαγωγού, η μορφολογία των κρυστάλλων που αναπτύχθηκαν μελετήθηκε με τη χρήση Πολωτικής Μικροσκοπίας, Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων και Περίθλασης ακτίνων Χ.Η μέγιστη τιμή της ευκινησίας φορέων στην περίπτωση των slot die coated OTFTs ανέρχεται στα 2.1×〖10〗^(-3) cm2V-1s-1. Στην περίπτωση του spray coating η μέγιστη τιμή ευκινησίας ανέρχεται στα 3.7×〖10〗^(-2) cm2V-1s-1. Τέλος, έγινε χρήση ενός νέου υποστρώματος (OPV8), το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως ηλεκτρόδιο πύλης λόγω της ελαττωμένης αντίστασης του (15-25 Ohm/square). Τα spray coated TIPS-Pentacene OTFTs που παρασκευάστηκαν με το OPV8 ως ηλεκτρόδιο πύλης εμφάνισαν μια αυξημένη τιμή της μέγιστης (μmax=19x10-2 ) και της μέσης (μavg=6.2x10-2 ) ευκινησίας, κάτι που υποδεικνύει τη σωστότερη πόλωση των devices λόγω της αυξημένης λειτουργικότητας του ηλεκτροδίου πύλης, με ταυτόχρονη αύξηση του Ion/Ioff φτάνοντας την τάξη του 104.
description: The present diploma thesis deals with the fabrication via printing techniques and characterization of flexible Organic Thin Film Transistors (OTFTs). The organic materials used for this study were ITO as a gate electrode (PET/ITO substrate), PMMA and PVP (for the dielectric layer) and TIPS-Pentacene (for the semiconductor layer). Firstly, a PMMA layer was fabricated using slot die coating as the printing technique. The optimized printing parameters came across a use of solvents with different boiling points, with O-xylene giving the lowest RMS Roughness of the PMMA film during slot die printing. Because of the dissolving of PMMA from the TIPS-Pentacene solvent (anisole), PVP was used as an alternative organic dielectric material that was also fabricated via slot die printing. After the thin film fabrication, the optimized parameters for the crosslinking procedure were set to 150 ℃ for 30 min after vacuum treatment. The techniques used for the following (semiconductor) layer (TIPS-Pentacene) were slot die coating and spray coating. In slot die coating, 3 printing temperatures were used: 80, 60 and 40 ℃. The optimized temperature was found to be in 40 ℃, because of the slower evaporation rate of the solvent (anisole). In the case of spray coating, large crystal domains were observed, because of the absence of high temperature during the film formation, that leaded in a slow evaporation rate of the solvent. The maximum mobility values of the slot-die coated OTFTs were μmax=2.1×〖10〗^(-3) cm2V-1s-1 and for the spray coated OTFTs the maximum mobility value was μmax=3.7×〖10〗^(-3) cm2V-1s-1 . The difference in mobility values can be explained via the different crystallization procedure that takes place in the 2 printing techniques. Finally, the use of a novel substrate –OPV8- with lower sheet resistance than ITO was used. The fabricated spray coated TIPS-Pentacene OTFTs with OPV8 as a gate electrode presented higher mobility values compared to those of ITO, reaching μmax=19×〖10〗^(-2) cm2V-1s-1 .