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Organic Gate Dielectrics for Tetracene Field Effect Transistors

Simone Bertolazzi

Masters thesis (2010)

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Cite this document: Bertolazzi, S. (2010). Organic Gate Dielectrics for Tetracene Field Effect Transistors (Masters thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/478/
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Abstract

Dans les trois dernières décennies, les couches minces de semiconducteurs organiques ont fait l’objet de recherches intensives. Ces couches peuvent être utilisées dans une grande variété de dispositifs optoélectroniques de nouvelle génération, tels que les diodes électroluminescentes (OLED), les transistors à effet de champ (OFET), et les cellules photovoltaïques. Récemment, des couches minces poly-cristallines de tétracène, sublimées sous vide, ont été utilisées pour réaliser le premier transistor organique à effet de champ émetteur de lumière (OLEFET), qui intègre dans un seul dispositif la fonction de modulation du courant typique d’un transistor avec la capacité de production de lumière d’une diode électroluminescente. La démonstration des OLEFETs n’est pas simple. Tout d’abord, une intégration efficace des fonctions optiques et électroniques nécessite l’utilisation d’un semiconducteur électroluminescent ayant aussi des propriétés de transport de charge intéressantes. Deuxièmement, un transport de charge ambipolaire (i.e. de trous et d’électrons) doit être réalisé pour produire des OLEFETs à haute performance. Dans ce contexte, le contrôle de la chimie de surface du substrat diélectrique s’est révélé être une stratégie efficace pour limiter la suppression du transport des électrons induite par les états électroniques pièges à l'interface diélectrique/semiconducteur. En même temps, la modification de la nature chimique et physique du substrat diélectrique influence la morphologie/structure des couches minces organiques, qui à son tour influence la performance du dispositif. Dans le cadre de ce projet, des couches minces poly-cristallines de tétracène – pour applications dans les OLEFETs – ont été sublimées sous vide sur différents substrats organiques diélectriques, y compris des polymères (parylène C, poly méthacrylate de méthyle, polystyrène) et des monocouches auto-assemblées d’hexaméthyldisilazane (HMDS) et octadécyltrichlorosilane (OTS). Le taux de dépôt était de 3.5 Å/s, la pression à l'intérieur de la chambre à vide était de 2.5×10-6 Torr, les substrats ont été maintenus à température ambiante. Le processus de germination et croissance a été étudié à partir des premières étapes de la croissance jusqu’au recouvrement complet de la surface, au moyen de la microscopie à force atomique (AFM) ex-situ. La densité de nucléation, la forme des grains cristallins et leur inter-----------Abstract Over the last three decades, thin films of organic semiconductors (OS) have been the object of intense research. These films can be used in a wide variety of new-generation optoelectronic devices, such as Organic Light Emitting Diodes (OLED), Organic Field Effect Transistors (OFET) and photovoltaic cells. Recently, vacuum sublimed tetracene films were used to realize the first Organic Light Emitting Field Effect Transistor (OLEFET), which integrates in a single device the current modulation function of a FET with the light generation capability of a LED. The demonstration of OLEFETs is not straightforward. First of all, an efficient integration of optical and electronic functionalities requires the use of a semiconductor with both efficient electroluminescence and good charge transport properties. Secondly, an ambipolar charge transport has to be achieved to produce high performance OLEFETs. Within this context, controlling the dielectric substrate surface chemistry has proven to be an efficient strategy, since it contributes to avoid the suppression of the electron transport induced by the electronic trap states at the dielectric/semiconductor interface. At the same time, the modification of the chemical and physical nature of the dielectric substrate influences the morphology/structure of the organic thin-films, in turn influencing the final device performance. In this work, polycrystalline tetracene thin films – to be incorporated in OLEFETs – were vacuum sublimed on different organic dielectric substrates, including polymers (parylene C, polymethylmethacrylate, polystyrene) and self-assembled monolayers of hexamethyldisilazane (HMDS) and octadecyltrichlorosilane (OTS). The scope of the work was indeed to shed light on the role of the organic dielectric surface in influencing the charge transport properties of tetracene OLEFETs. The tetracene deposition rate was 3.5 Å/s, the substrates were kept at room temperature and the pressure inside the vacuum chamber was 2.5×10-6 Torr. The growth process was studied from sub-monolayer to complete coverage by means of ex-situ Atomic Force Microscopy (AFM). The nucleation density, the grain size and the connectivity between the grains were observed to be strongly dependent on the physical and chemical properties of the dielectric substrate surface.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie physique
Dissertation/thesis director: Clara Santato and Federico Rosei
Date Deposited: 21 Mar 2011 13:57
Last Modified: 27 Jun 2019 16:49
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/478/

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