Transistores orgánicos de película delgada de n canales estables al aire de alto rendimiento basados en...

Área de la Ciencia:

• La electrónica orgánica es la electrónica orgánica.
• Ciencia de los materiales ciencia de los materiales.
• Física de los semiconductores física de los semiconductores.

Sus antecedentes:

• Los tintes de perileno bisimida (PBI) son semiconductores orgánicos versátiles.
• El ajuste de la estructura molecular influye en las propiedades electrónicas y el empaque en estado sólido.
• Los transistores orgánicos de película delgada (OTFT) requieren materiales de n canales de alto rendimiento para aplicaciones electrónicas.

Objetivo del estudio:

• Sintetice y caracterice nuevos derivados de PBI con variados halógenos y sustitutos de imida fluorada.
• Investigar el impacto de estos sustituyentes en los niveles de LUMO y en el embalaje en estado sólido.
• Evaluar el rendimiento de estos PBIs como semiconductores de n canales en OTFT.

Principales métodos:

• Síntesis de 14 derivados de PBI con núcleos de perileno halogenado y grupos de imida fluorados.
• Voltametría cíclica para la determinación del nivel LUMO.
• Difracción de rayos X monocristalino para el análisis de embalaje en estado sólido.
• Fabricación de OTFT de contacto superior/puerta inferior mediante deposición al vacío.
• Caracterización eléctrica en nitrógeno y aire.
• Difracción de rayos X de incidencia de pastoreo (GIXD) y microscopía de fuerza atómica (AFM) para el análisis estructural de película delgada.

Principales resultados:

• Los PBIs con núcleos planos y hasta dos sustitutos de flúor mostraron un excelente rendimiento de los transistores de n canales, particularmente en sustratos OTS-S y en el aire (movilidad > 0,5 cm2/Vs, I(on) /I(off) > 106).
• El derivado 1a de PBI (PTCDI-C4F7) logró movilidades > 1 cm2/Vs y relaciones de encendido-apagado de 106 tanto en nitrógeno como en aire.
• Los PBIs distorsionados y tetrahalogenados mostraron un embalaje menos favorable y un rendimiento OTFT más bajo, con solo un derivado tetraclorado (2d) que tuvo un buen rendimiento.

Conclusiones:

• El diseño molecular de los PBIs, específicamente la planaridad del núcleo y el tipo de sustituto, tiene un impacto significativo en el embalaje en estado sólido y el rendimiento de OTFT.
• Los derivados PBI optimizados demuestran una alta movilidad de electrones y una excelente estabilidad al aire, lo que los hace adecuados para aplicaciones prácticas de semiconductores de n canales.
• El estudio destaca el potencial de las estructuras PBI adaptadas para dispositivos electrónicos orgánicos avanzados.