ИК-микроскоп позволяет получить дополнительную информацию об амбиполярных транзисторах

Экспериментальная установка, позволившая глубже исследовать амбиполярные устройства на основе органических полупроводников. (кликните картинку для увеличения)

Экспериментальная установка, позволившая глубже исследовать амбиполярные устройства на основе органических полупроводников. (кликните картинку для увеличения)

24.12.2014 (8:09)
Просмотров: 1629
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
транзистор, электрон, микроскоп,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Ученые из США впервые использовали ИК-микроскоп для исследования транспорта заряда при помощи электронов и дырок проводимости в амбиполярных органических полевых транзисторах. В перспективе примененная техника поможет улучшить характеристики устройств, изготовленных из полупроводниковых полимеров, являющихся на сегодняшний день привлекательной альтернативой «традиционным» материалам, вроде кремния, для электроники.

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.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100