Enhanced Charge Injection Properties of Organic Field Effect Transistor by Molecular Implantation Doping /

유기반도체는 유연성, 용액공정 및 대면적공정의 등의 유용한 특성 때문에 활발히 연구가 진행되고 있다. 하지만 더 나은 성능을 달성하기 위하여 유기반도체 전자소자의 높은 컨택저항(contact resistacne)은 극복해야하는 과제이다. 금속전극과 유기반도체 계면 사이에서 형성되는 쇼키컨택(Schottky contact)으로 인해 낮은 소스-드레인 전압에서 이상적이지 않은 전압-전류 특성이 나타난다. 유기반도체의 컨택특성(contact properties)을 향상시키기 위해서 금속전극 표면에 자기조립박막(self-assembled monolayers)을 형성하거나 전하주입층(charge injection layers)를 금속전극과 유기반도체 사이의 계면에 넣는 방법 등이 보고된 바 있다. 본 논문에서는 bottom-gate poly 2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene (PBTTT) 유기트랜지스터의 전하주입특성을 향상시키기 위해, PBTTT트랜지스터의 금속전극과 유기반도체 컨택영역에 고체상태확산(solid-state diffusion)을 통해 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ)분자의 선택영역 컨택도핑(selective contact doping)을 구현하였다. 이 방법은 마치 실리콘 MOSFET 소자에 흔히 사용되는 이온주입(ion implantation) 기법과 유사하다고 볼 수 있다. 그리고, 소자의 안정성을 향상시키기 위해서 F4-TCNQ분자의 확산에 도핑 후처리(post-doping treatment)가 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 한편, conjugated폴리머의 도핑을 활용하여 high-k 절연물질을 활용한 저전압 구동의 PBTTT유기트랜지스터 구현은 소자의 축소설계와 저전력 유기전자소자의 가능성을 보여주었다.

Abstract: Organic semiconductors (OSCs) have been widely studied due to their merits such as mechanical flexibility, solution processability, and large-area fabrication. However, OSCs devices still have to overcome contact resistance issues for better performances. Because of the Schottky contact at the metal-OSC interfaces, a non-ideal transfer curve feature often appears in the low drain voltage region. To improve the contact properties of OSCs, there have been several methods reported, including interface treatment by self-assembled monolayers and introducing charge injection layers. Here, we demonstrated a selective contact doping of 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4-TCNQ) by solid-state diffusion in poly 2,5-bis(3-hexadecylthiophen-2-yl) thieno [3,2-b] thiophene (PBTTT) to enhance carrier injection in bottom-gate PBTTT organic field effect transistors (OFETs). Furthermore, we have investigated the effect of post-doping treatment on diffusion of F4-TCNQ molecules in order to improve the device stability. In addition, the application of the doping technique to the low-voltage operation of PBTTT OFETs with high-k gate dielectrics demonstrated a potential for designing scalable and low-power organic devices by utilizing doping of conjugated polymers.


Authors: Youngrok Kim, Seungjun Chung, Kyungjune Cho, David Harkin, Wang-Taek Hwang, Daekyoung Yoo, Jae-Keun Kim, Woocheol Lee, Younggul Song, Heebeom Ahn, Yongtaek Hong, Henning Sirringhaus, Keehoon Kang* and Takhee Lee*


Advanced Materials
Publication Date (Web): Jan. 22, 2019
DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201806697