ИК-микроскоп позволяет получить дополнительную информацию об амбиполярных транзисторах
 Экспериментальная установка, позволившая глубже исследовать амбиполярные устройства на основе органических полупроводников. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
На сегодняшний день уже существует новое поколение амбиполярных полупроводниковых устройств, обладающих высокой проводимостью. «Амбиполярность» устройства означает, что оно может одинаково хорошо проводить оба типа носителей заряда, как электроны, так и дырки проводимости.
В рамках недавно опубликованных работ исследователи уже построили амбиполярные транзисторы из донорно-акцепторных полимеров, используя акцепторный бензобистиадиазол и донорный дикетопирролипирроль. Полученные таким образом устройства имеют запрещенную зону шириной до 0,5 эВ, а также отличаются высокой подвижностью носителей заряда обоих знаков (как электронов, так и дырок проводимости). Однако, несмотря на значительный прогресс в этой области, ученые по-прежнему не до конца понимают, как носители заряда перемещаются в подобных материалах.
Помочь приоткрыть завесу тайны помогает инфракрасная и оптическая спектроскопия. Она позволяет исследовать фундаментальные возбуждения в проводящих полимерах. Применяемые на сегодняшний день методы позволяют наблюдать непосредственно электронные состояния, без влияния внешних помех, к примеру, контактного сопротивления (которое обычно очень усложняет электрические измерения).
Группа исследователей из University of California (США) сделала еще один шаг в этом направлении. В своей последней работе ученые заявили, что они смогли наблюдать непосредственно поведение возбуждения в донорно-акцепторных полимерах. Впервые это было сделано при помощи излучения средней инфракрасной области. Этот результат чрезвычайно важен, поскольку отрицательный и положительный носители заряда могут вести себя по-разному в подобных материалах. И теперь можно определить это поведение, глядя на то, как носители заряда реагируют на ИК-излучение.
По словам ученых, донорно-акцепторные системы имеют очень узкие энергетические запрещенные зоны. А заряженные поляроны (квазичастицы, обозначающие электрон и сопровождающее его поле поляризации), ответственные за транспорт заряда, обладают низкой энергией, которая лежит в ИК-области спектра электромагнитного излучения. Таким образом, очень удобно использовать для исследования подобных структур ИК-микроскоп.
В рамках своего эксперимента научная группа использовала коммерческий ИК-микроскоп от Bruker, в котором луч фокусировался в пятно размерами до 20 микрон. Затем исследователи сканировали местно на образце между электродами стока и истока полевого транзистора, ранее собранного из органического донорно-акцепторного полимера. Для повышения стабильности исследуемого устройства они приспособили криостат, позволяющий добиться высокого вакуума при низких температурах.
Предложенная исследовательская техника позволяет оценивать различные области канала проводимости транзистора, отличающиеся плотностью электронов и дырок проводимости. Если носители заряда в амбиполярном устройстве ведут себя по-разному, они будут иметь различные ИК-возбуждения, что будет выявлено на спектре.
Таким образом, ИК-микроскопия вместе с электрическими измерениями транспорта заряда через устройства позволяет тщательно охарактеризовать органические полупроводниковые структуры. А знания макроскопических свойств транзистора вместе с микроскопическими деталями электронной структуры материала и тем, как носители заряда распределяются в канале проводимости, поможет в будущем разработать более точные модели переноса заряда в органических полупроводниках и, в конечном счете, оптимизировать устройства.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review B.
Также по теме:
- Гибкие графеновые транзисторы бьют новые рекорды
- Углеродные нанотрубки позволяют повысить скорость работы транзисторов
- Пьезоэлектрики подтолкнут развитие отрасли маломощной электроники
- Гибкие FinFET могут работать при высоких температурах
- Фототранзистор сочетает в себе графен и хлорофилл
Источники: