Organik alan etkili transistörlerin üretilmesi ve elektriksel karakteristiklerinin belirlenmesi
Fabrication of organic field effect transistors and determination of their electricall characteristics
Yazar: BAYRAM GÜNDÜZ
Danışman: PROF. DR. FAHRETTİN YAKUPHANOĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, pentasen ve pentasen türevi 6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl) pentasen (TIPS) organik yarıiletkenleri, organik alan etkili transistör (OFET)'lerin hazırlanmasında aktif tabakalar olarak kullanıldı. Termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak cam üzerine kaplanan pentasen ve pentasen türevi TIPS filmlerinin optik özellikleri incelenerek, filmlerin soğurma band kıyısı ve yasak enerji aralığı gibi optik parametreler hesaplandı.Pentasen esaslı OFET'ler, farklı silisyum altlıkları üzerine SiO2, Al2O3, SiO2/Al2O3 ve BaTiO3 gibi çeşitli geçit yalıtkan tabakalar kaplanarak, farklı kanal genişlikleri ile hazırlandı. Pentasen türevi TIPS esaslı OFET'ler, SiO2 geçit yalıtkan tabakası kullanılarak farklı kalınlıklı TIPS filmleri ile üretildi. Farklı kanal genişlikleri, oksit tipleri, oksit kalınlıkları, organik yarıiletkenler, kaplama metodları ve aktif tabaka (pentasen ve TIPS) kalınlıkları kullanılarak hazırlanan organik alan etkili transistör (OFET)'lerin performans (çıkış ve transfer) karakteristikleri, karanlık ve aydınlatma şartları altında araştırıldı. Hazırlanan OFET'lerin, mobilite, eşik voltajı, açma/kapama Ion/Ioff oranı, alt-eşik salınım değeri, fotoduyarlılık, arayüzey tuzak yoğunluğu ve yüzey birim başına yük taşıyıcıların sayısı gibi transistörlerin elektriksel parametreleri, karanlık ve aydınlatma şartları için hesaplandı. n-Si/BaTiO3/pentasen OFET'i, 41.171 cm2/Vs'lik en yüksek mobiliteyi sergiledi. Aydınlatma şiddeti arttırıldığında, OFET'lerin yüzey birim başına yük taşıyıcıların sayısı Ntuzak ve alt-eşik salınım S değerleri azalmaktadır.Üretilen pentasen ve pentasen türevi TIPS esaslı OFET'lerin negatif voltajlar ile kanal akımındaki artıştan dolayı iyi kontrol edilebilen bir geçit ile p-tipi OFET karakteristikleri sergiledikleri, yani üretilen OFET'lerin tipik olarak p-kanal çalışma modunda çalıştığı görüldü. Pentasen ve pentasen türevi TIPS esaslı OFET'lerin elektriksel performansının, farklı kanal genişlikleri, oksit tipleri, oksit kalınlıkları, kaplama metodları ve aktif tabaka (pentasen ve TIPS) kalınlıkları gibi üretim şartlarına bağlı olarak geliştirilebileceği değerlendirildi.

Abstract:
In this thesis study, pentacene and its derivative, 6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS) organic semiconductors were used as the active layers in the preparation of organic field-effect transistors (OFETs). By investigating of the optical properties of pentacene and pentacene derivative TIPS films coated on the glass using thermal evaporation method, the optical parameters such as absorption band edge and band gap were calculated.Pentacene based OFETs were prepared by coating various gate insulator layers such as SiO2, Al2O3 SiO2/Al2O3 and BaTiO3 on different Si wafers with various widths of channel. Also, pentacene derivative TIPS based OFETs were fabricated using SiO2 gate insulator layer with various thicknesses TIPS film. The performance (output and transfer) characteristics of organic field effect transistors (OFETs) prepared using different widths of channel, oxide types, oxide thicknesses, organic semiconductors, coating-methods and the active layer (pentacene and TIPS) thicknesses were investigated under dark and illumination conditions. The electrical parameters of transistors such as mobilitiy, threshold voltage, Ion/Ioff ratio, sub-threshold swing value, photosensitivity, interface trap density and number of charge carriers per surface unit of prepared OFETs were calculated for dark and illumination conditions. The n-Si/BaTiO3/pentacene OFET exhibited the highest mobility of 41.171 cm2/Vs. While illumination intensity is increased, the number of charge carriers per surface unit Ntrap and sub-threshold swing S values of OFETs are decreased.The fabricated pentacene and its derivative TIPS based OFETs indicate a p-type OFET characteristics with good gate controllability due to increase in drain current with negative voltages, that is, the fabricated OFETs work in a p-channel operational mode. It is evaluated that the electrical performance of pentacene and its derivative TIPS based OFETs can be improved by depending on preparation conditions such as different widths of channel, oxide types, oxide thicknesses, coating-methods and the active layer (pentacene and TIPS) thicknesses.