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特定位点的化学掺杂在有机半导体晶体表面的电子分布表征解决方案

检测样品:有机半导体检测项目:电子分布表征

方案概述:本文描述了一种特定位点的n型掺杂机制,用两种有机半导体的单晶做实验,用特定位点的消除电子陷阱并增加背景电子浓度,使晶体拥有更优异的导电性。掺杂晶体组成的场效应晶体管(FET)的电子传输特性得到显著改善。增强了FET的电特性。表面化学掺杂是专门针对晶体层间边界,即已知的电子陷阱,钝化陷阱并释放流动电子设计的掺杂方法。

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更新时间2022年08月02日

上传企业冠乾科技(上海)有限公司

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几十年以前,发现晶体和薄膜的π共轭的科学家通过化学掺杂(例如导电聚合物)发现分子可以制成高导电性,甚至是金属性。这一发现引发大家对这些材料的兴趣,并标志着有机电子学领域新的转折点。从此化学掺杂在科学研究和应用中开始发挥核心作用。p型和n型有机半导体薄膜已经广泛用于降低有机发光二极管显示器的工作电压, 但是到目前为止对化学掺杂有机半导体的掺杂协议、机制以及掺杂后的电子特性的研究都不如对传统半导体的研究。


本文作者描述了一种特定位点的n型掺杂机制,用两种有机半导体的单晶做实验,用特定位点的消除电子陷阱并增加背景电子浓度,使晶体拥有更优异的导电性。掺杂晶体组成的场效应晶体管(FET)的电子传输特性得到显著改善。增强了FET的电特性。表面化学掺杂是专门针对晶体层间边界,即已知的电子陷阱,钝化陷阱并释放流动电子设计的掺杂方法。化学方法掺杂对晶体的电子传输的影响是巨大的,FET中电子迁移率增加了多达10倍,并且其与温度相关的行为从热激活转变为带状。研究结果表明新的位点掺杂有机半导体的策略与传统的随机分布取代的氧化还原化学不同, 这个有趣的结果表明针对特定位点的掺杂可能是一种富有成效的新的有机半导体材料掺杂的策略,拓展了有机半导体材料在电子学方面的应用前景。


本文报告了两项与有机半导体化学掺杂有关的发现。第一项是对特定有机半导体晶体表面的台阶边缘可以选择性地刑场n型掺杂。作者利用两种半导体晶体材料“Cl2-NDI和PDIF-CN2”形成n沟道FET。将Cl2-NDI和 PDIF-CN2培养成板条状晶体,物理厚度范围为 1 至 50 μm,并将晶体层压到镀金涂层上,通过将两种晶体的(001)表面暴露于正硅烷蒸汽形成n型掺杂 图1a),不同厚度的晶体经过掺杂后台阶密度由AFM高分辨图形给出。(图1d)。作者对掺杂前和掺杂后的FET进行了电特性分析。


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第二项是掺杂诱导的在台阶边缘的电子分布可以通过扫描开尔文探针显微镜(SKPM)进行可视化 。SKPM图像直观的解释了有机半导体晶体中的化学掺杂引起的电荷分布, 并验证了有机半导体材料系统中的微观掺杂效应。图 2b,2d 中的 SKPM 图像,对应于形貌图2a,2c,电势分布与两个掺杂晶体的每个台阶边缘重合, 正电位条纹和负电位条纹清晰可见。特别每个台阶边缘的正条纹,两侧的是负电位条纹。图3a显示的插图是原子力显微镜探针在阶台阶边缘进行线扫描。

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Dimension ICON系统是一款性能强大的综合性实验平台,集形貌力学电学磁学热学电化学和纳米操纵等众多微纳表征技术与一体。Dimension Icon系统是世界上应用广泛的大样品台原子力显微镜。上至300 mm直径的超大样品台设计,可以满足各类尺寸样品的测试需求。布鲁克的扫描电势显微镜( SKPM)拥有低噪声的AM-KPFM以及高灵敏度的FM-KPFM两种模式, 集高分辨表面扫描、高灵敏的电势扫描、量化的力学性能与一体,成为在半导体材料的研究、器件失效分析领域越来越重要的一种应用。

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该文章中使用Bruker Dimension® Icon™和Multimode原子力显微镜来表征h-BN和GNR样品。Bruker Dimension® Icon™原子力显微镜为工业界和科研界纳米领域的研究者带来了全新的应用体验,具有高水平的性能、功能和配件选择,其测试功能强大, 操作简便易行。融合Dimension系统数十年的技术经验,广大客户反馈,结合工业领域的设备需求,Dimension Icon进行了全面革新。全新的系统设计,实现了低漂移和低噪音水平。现在用户只需要几分钟就可获得真实准确的扫描图像。MultiMode® 测试平台作为历史悠久的经典机型,由于其分辨率与性能享誉至今。Multimode 8-HR 原子力显微镜通过高速PeakForce Tapping ®、增强的 PeakForce QNM®、全新的 FASTForce Volume和布鲁克探针技术,在成像速度、分辨率和纳米机械性能方面有了进一步的改进,使得综合性能显著提升。

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注:本文转载自布鲁克纳米表面仪器部

 

 

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