Entschlüsselung der Physik vertikaler organischer Feldeffekttransistoren durch nanoskalige Ingenieurwissenschaft einer selbstassemblierenden transparenten Elektrode

Während die Leistungen organischer Transistoren kontinuierlich gesteigert werden, um geringeren Energieverbrauch, höhere Arbeitsfrequenzen und höhere Stromdichten zu erreichen, bietet eine neue Art von organischen Transistoren, die durch eine vertikale Architektur gekennzeichnet ist, einen radikal anderen Designansatz, um ihre traditionellen Gegenstücke zu übertreffen. Natürlich führt die ausgeprägte vertikale Architektur zu unterschiedlichen physikalischen Grundregelungen und strukturellen Schlüsselmerkmalen, wie der Notwendigkeit einer eingebetteten transparenten Elektrode. In diesem Papier nutzen wir eine elektrisch transparente, strukturiert gemusterte Elektrode mit Nullfrequenz, die durch blockcopolymerbasierte Selbstassemblierungslithografie erzeugt wurde, um die Leistungen des vertikalen organischen Feldeffekttransistors (VOFET) zu steuern und seine zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen zu untersuchen. Im Gegensatz zu anderen VOFET-Strukturen ist dieses Design mit einer gut definierten Elektrodenarchitektur vollständig machbar, was detaillierte Modellierung, Analyse und Optimierung ermöglicht. Zum ersten Mal geben wir eine vollständige Darstellung der Physik, die dem Betrieb des VOFET zugrunde liegt, und betrachten zwei komplementäre Mechanismen: die virtuelle Kontaktbildung (Verringerung der Schottky-Barriere) und die induzierte Potentialbarriere (ähnlich wie bei einer Halbleitertriode). Wir demonstrieren, wie jeder Mechanismus einzeln den Zusammenhang zwischen kontrollierbaren nanoskaligen strukturellen Modifikationen in der strukturierten Elektrode und den VOFET-Leistungen erklärt. Zum Beispiel steigt das ON/OFF-Stromverhältnis um bis zu 2 Größenordnungen, wenn das Verhältnis der Perforationen (Höhe/Breite) von ∼0,2 auf ∼0,1 sinkt. Es wird gezeigt, dass die strukturierte Elektrode nicht nur durch nullfrequente elektrische Felder durchdringbar ist, sondern auch im sichtbaren Spektrum transparent ist und Eigenschaften wie Einheitlichkeit, spitzenfreie Struktur, Materialvielfalt, Anpassungsfähigkeit an flexible Oberflächen, niedrigen Blattwiderstand (20-2000 Ω sq(-1)) und hohe Transparenz (60-90%) aufweist. Die hervorragende Schichttransparenz der strukturierten Elektrode und die außergewöhnlichen elektrischen Leistungen des VOFET machen sie beide zu vielversprechenden Elementen für zukünftige transparente und/oder effiziente organische Elektronik.