Přejít k obsahu


Interplay between Vacuum-Grown Monolayers of Alkylphosphonic Acids and the Performance of Organic Transistors Based on Dinaphtho[2,3‑b:2′,3′‑f ]thieno[3,2‑b]thiophene

Citace:
HANNAH, S., CARDONA, J., LAMPROU, D. A., ŠUTTA, P., BARAN, P., AL RUZAIQI, A., JOHNSTON, K., GLESKOVA, H. Interplay between Vacuum-Grown Monolayers of Alkylphosphonic Acids and the Performance of Organic Transistors Based on Dinaphtho[2,3?b:2?,3??f ]thieno[3,2?b]thiophene. ACS applied materials & interfaces, 2016, roč. 8, č. 38, s. 25405-25414. ISSN: 1944-8244
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Interplay between Vacuum-Grown Monolayers of Alkylphosphonic Acids and the Performance of Organic Transistors Based on Dinaphtho[2,3?b:2?,3??f ]thieno[3,2?b]thiophene
Rok vydání: 2016
Autoři: Stuart Hannah , Javier Cardona , Dimitros A. Lamprou , Doc. RNDr. Pavol Šutta Ph.D. , Peter Baran , Afra Al Ruzaiqi , Karen Johnston , Helena Gleskova
Abstrakt CZ: Monovrstvy šesti alkylfosfonických kyselin v rozsahu od C8 do C18 byly připraveny odpařováním ve vakuu a vloženy do nízkonapěťového organického tranzistoru řízeného elektrickým polem založeného na dinafto [2,3/b:2?,3?-f] tieno [3,2-b] tionofenu (DNTT). Podobně jako v roztoku vytvořených monovrstvách, uspořádání molekul pro vakuově-deponované monovrstvy se zlepšilo se zvětšením délky alifatického řetězce. Současně, měření pomocí infračervené spektroskopie (FTIR) naznačilo nižší molekulární pokrytí pro delší fosfonické kyseliny. Porovnání FTIR spekter s vibračními frekvencemi vypočtenými pomocí hustotové funkcionální teorie naznačilo, že mono-vroubkované vazby se nevyskytují v žádných fosfonických kyselinách. Všechny monovrstvy ukázaly nízkou povrchovou energii ? 17,5 mJ/m2 s dominantní Lifšic-van der Waasovou složkou. Jejich povrchová drsnost byla srovnatelná, zatím co nano-mechanické vlastnosti se měnily, nicméně nekorelovaly s délkou molekuly. Avšak značné zlepšení výkonu tranzistoru bylo pozorováno se zvětšením délky alifatického řetězce. V rozsahu od C8 do C18 kleslo průměrné prahové napětí na tranzistoru z ? 1,37 na ? 1,24 V,efektivní pohyblivost nosičů náboje se zvýšila z 0,03 na 0,33 cm2/(V. s), Proud ve vypnutém stavu poklesl z ? 8.10-13 na ? 3.10-13 A, a pro tranzistor s L = 30 ?m proud v zapnutém stavu se zvýšil z ? 3.10-8 na ? 2.10-6 A, a poměr proudů v zapnutém a vypnutém stavu se zvýšil z ? 3.104 na ? 4.106. Podobně, tranzistory s delším řetězcem fosfonických kyselin ukázaly mnohem lepší stabilitu a předpětí na vzduchu. Dosažené výkony tranzistorů otevírají možnosti výroby ?suchou? cestou pro ultratenká dielektrika a nízko-napěťové organické tranzistory.
Abstrakt EN: Monolayers of six alkylphosphonic acids ranging from C8 to C18 were prepared by vacuum evaporation and incorporated into low-voltage organic field-effect transistors based on dinaphtho [2,3-b:2?,3?-f ]thieno[3,2-b]thiophene (DNTT). Similar to solution-assembled monolayers, the molecular order for vacuum-deposited monolayers improved with increasing length of the aliphatic tail. At the same time, Fourier transform infrared (FTIR) measurements suggested lower molecular coverage for longer phosphonic acids. The comparison of FTIR and vibration frequencies calculated by density functional theory indicated that monodentate bonding does not occur for any phosphonic acid. All monolayers exhibited low surface energy of ?17.5 mJ/m2 with a dominating Lifshitz?van der Waals component. Their surface roughness was comparable, while the nanomechanical properties were varied but not correlated to the length of the molecule. However, large improvement in transistor performance was observed with increasing length of the aliphatic tail. Upon going from C8 to C18, the mean threshold voltage decreased from ?1.37 to ?1.24 V, the field-effect mobility increased from 0.03 to 0.33 cm2/(V?s), the off-current decreased from ? 8 × 10?13 to ? 3 × 10?13 A, and for transistors with L = 30 ?m the oncurrent increased from ? 3 × 10?8 to ? 2 × 10?6 A, and the on/off-current ratio increased from ? 3 × 104 to ? 4 × 106. Similarly, transistors with longer phosphonic acids exhibited much better air and bias-stress stability. The achieved transistor performance opens up a completely ?dry? fabrication route for ultrathin dielectrics and low-voltage organic transistors.
Klíčová slova

Zpět

Patička