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特定位點(diǎn)的化學(xué)摻雜在有機(jī)半導(dǎo)體晶體表面的電子分布表征解決方案
檢測(cè)樣品:有機(jī)半導(dǎo)體
檢測(cè)項(xiàng)目:電子分布表征
方案概述:本文描述了一種特定位點(diǎn)的n型摻雜機(jī)制,用兩種有機(jī)半導(dǎo)體的單晶做實(shí)驗(yàn),用特定位點(diǎn)的消除電子陷阱并增加背景電子濃度,使晶體擁有更優(yōu)異的導(dǎo)電性。摻雜晶體組成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的電子傳輸特性得到顯著改善。增強(qiáng)了FET的電特性。表面化學(xué)摻雜是專門針對(duì)晶體層間邊界,即已知的電子陷阱,鈍化陷阱并釋放流動(dòng)電子設(shè)計(jì)的摻雜方法。
幾十年以前,發(fā)現(xiàn)晶體和薄膜的π共軛的科學(xué)家通過化學(xué)摻雜(例如導(dǎo)電聚合物)發(fā)現(xiàn)分子可以制成高導(dǎo)電性,甚至是金屬性。這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)大家對(duì)這些材料的興趣,并標(biāo)志著有機(jī)電子學(xué)領(lǐng)域新的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從此化學(xué)摻雜在科學(xué)研究和應(yīng)用中開始發(fā)揮核心作用。p型和n型有機(jī)半導(dǎo)體薄膜已經(jīng)廣泛用于降低有機(jī)發(fā)光二極管顯示器的工作電壓, 但是到目前為止對(duì)化學(xué)摻雜有機(jī)半導(dǎo)體的摻雜協(xié)議、機(jī)制以及摻雜后的電子特性的研究都不如對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體的研究。
本文作者描述了一種特定位點(diǎn)的n型摻雜機(jī)制,用兩種有機(jī)半導(dǎo)體的單晶做實(shí)驗(yàn),用特定位點(diǎn)的消除電子陷阱并增加背景電子濃度,使晶體擁有更優(yōu)異的導(dǎo)電性。摻雜晶體組成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的電子傳輸特性得到顯著改善。增強(qiáng)了FET的電特性。表面化學(xué)摻雜是專門針對(duì)晶體層間邊界,即已知的電子陷阱,鈍化陷阱并釋放流動(dòng)電子設(shè)計(jì)的摻雜方法?;瘜W(xué)方法摻雜對(duì)晶體的電子傳輸?shù)挠绊懯蔷薮蟮?,F(xiàn)ET中電子遷移率增加了多達(dá)10倍,并且其與溫度相關(guān)的行為從熱激活轉(zhuǎn)變?yōu)閹?。研究結(jié)果表明新的位點(diǎn)摻雜有機(jī)半導(dǎo)體的策略與傳統(tǒng)的隨機(jī)分布取代的氧化還原化學(xué)不同, 這個(gè)有趣的結(jié)果表明針對(duì)特定位點(diǎn)的摻雜可能是一種富有成效的新的有機(jī)半導(dǎo)體材料摻雜的策略,拓展了有機(jī)半導(dǎo)體材料在電子學(xué)方面的應(yīng)用前景。
本文報(bào)告了兩項(xiàng)與有機(jī)半導(dǎo)體化學(xué)摻雜有關(guān)的發(fā)現(xiàn)。第一項(xiàng)是對(duì)特定有機(jī)半導(dǎo)體晶體表面的臺(tái)階邊緣可以選擇性地刑場(chǎng)n型摻雜。作者利用兩種半導(dǎo)體晶體材料“Cl2-NDI和PDIF-CN2”形成n溝道FET。將Cl2-NDI和 PDIF-CN2培養(yǎng)成板條狀晶體,物理厚度范圍為 1 至 50 μm,并將晶體層壓到鍍金涂層上,通過將兩種晶體的(001)表面暴露于正硅烷蒸汽形成n型摻雜 ( 圖1a),不同厚度的晶體經(jīng)過摻雜后臺(tái)階密度由AFM高分辨圖形給出。(圖1d)。作者對(duì)摻雜前和摻雜后的FET進(jìn)行了電特性分析。
第二項(xiàng)是摻雜誘導(dǎo)的在臺(tái)階邊緣的電子分布可以通過掃描開爾文探針顯微鏡(SKPM)進(jìn)行可視化 。SKPM圖像直觀的解釋了有機(jī)半導(dǎo)體晶體中的化學(xué)摻雜引起的電荷分布, 并驗(yàn)證了有機(jī)半導(dǎo)體材料系統(tǒng)中的微觀摻雜效應(yīng)。圖 2b,2d 中的 SKPM 圖像,對(duì)應(yīng)于形貌圖2a,2c,電勢(shì)分布與兩個(gè)摻雜晶體的每個(gè)臺(tái)階邊緣重合, 正電位條紋和負(fù)電位條紋清晰可見。特別每個(gè)臺(tái)階邊緣的正條紋,兩側(cè)的是負(fù)電位條紋。圖3a顯示的插圖是原子力顯微鏡探針在階臺(tái)階邊緣進(jìn)行線掃描。
Dimension ICON系統(tǒng)是一款性能強(qiáng)大的綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái),集形貌、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、電化學(xué)和納米操縱等眾多微納表征技術(shù)與一體。Dimension Icon系統(tǒng)是世界上應(yīng)用廣泛的大樣品臺(tái)原子力顯微鏡。上至300 mm直徑的超大樣品臺(tái)設(shè)計(jì),可以滿足各類尺寸樣品的測(cè)試需求。布魯克的掃描電勢(shì)顯微鏡( SKPM)擁有低噪聲的AM-KPFM以及高靈敏度的FM-KPFM兩種模式, 集高分辨表面掃描、高靈敏的電勢(shì)掃描、量化的力學(xué)性能與一體,成為在半導(dǎo)體材料的研究、器件失效分析領(lǐng)域越來越重要的一種應(yīng)用。
該文章中使用Bruker Dimension® Icon™和Multimode原子力顯微鏡來表征h-BN和GNR樣品。Bruker Dimension® Icon™原子力顯微鏡為工業(yè)界和科研界納米領(lǐng)域的研究者帶來了全新的應(yīng)用體驗(yàn),具有高水平的性能、功能和配件選擇,其測(cè)試功能強(qiáng)大, 操作簡(jiǎn)便易行。融合Dimension系統(tǒng)數(shù)十年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),廣大客戶反饋,結(jié)合工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備需求,Dimension Icon進(jìn)行了全面革新。全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了低漂移和低噪音水平?,F(xiàn)在用戶只需要幾分鐘就可獲得真實(shí)準(zhǔn)確的掃描圖像。MultiMode® 測(cè)試平臺(tái)作為歷史悠久的經(jīng)典機(jī)型,由于其分辨率與性能享譽(yù)至今。Multimode 8-HR 原子力顯微鏡通過高速PeakForce Tapping ®、增強(qiáng)的 PeakForce QNM®、全新的 FASTForce Volume和布魯克探針技術(shù),在成像速度、分辨率和納米機(jī)械性能方面有了進(jìn)一步的改進(jìn),使得綜合性能顯著提升。
注:本文轉(zhuǎn)載自布魯克納米表面儀器部
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