OD ZUNANJE NAPETOSTI ODVISNO ELEKTRIČNO POLJE OB STIKU VRZELI VBRIZGAJOČE ELEKTRODE/α-NPD IN POVEZAVA Z NEUREJENIMI ENERGIJSKIMI STANJI VMESNE PLASTI
Povzetek
Članek podaja alternativno fizikalno interpretacijo dveh primerov v literaturi objavljenih temperaturno odvisnih meritev gostote toka v odvisnosti od pritisnjene napetosti na vzorcih ‐ NPD (i. e. N,N´‐Di(1‐naftil)‐N,N´‐difenil‐(1,1´‐bifenil)‐4,4´‐diamin) organskega polprevodnika. Meritve gostote toka vrzeli so v pričujočem članku popisane z dvema parametroma: z jakostjo električnega polja, Eint, na vmesni plasti elektroda/organski polprevodnik kjer se vrzeli vbrizgavajo v organski medij in, max, mobilnost vrzeli, ki je določena z izmerjeno gostota toka pri maksimalni vrednosti zunanje električne poljske jakosti, Ea, danega eksperimenta. Parameter, Eint, ki je funkcija kontaktne napetosti, lahko zavisi še od Ea, toda drugi parameter je od Ea neodvisna konstanta. Nespremenjena vrednost Eint z vrednostjo Ea podaja obstoj t. im. omejenega toka zaradi prostorskega naboja, SCLC, v vzorcu ‐NPD s čimer je tedaj električni kontakt opredeljen kot ohmski stik. V tem primeru je izračunana, šibko Ea, odvisna mobilnost
vrzeli podana z dobro poznano eksponentno odvisnostjo, ki vodi do nasičenja mobilnosti vrzeli. Eksperimentalni podatki, ki ne zadoščajo merilom SCLC so uporabljeni za izračun odvisnosti Eint od zunanjega polja Ea. Izkaže se, da zaradi kvazi‐ohmskega kontakta postane Eint dvolična funkcija zunanjega pritisnjenega polja Ea, ki zavzame obliko skrivljene in invertirane parabole višjega reda. Temu ustrezna mobilnost vrzeli se izraža v ne‐eksponentni formi is zavzame vrednosti, ki so bistveno pod nivojem vrednosti izračunane v primerih opredeljenih z SCLC značilnostmi. V delu je pokazano, da je mogoče z dovolj velikim zunanjim poljem, Ea, preoblikovati kvazi‐ohmski kontakt v ohmskega. Poenostavljeni model tenke, z vrzeli nasičene, vmesne plasti elektroda/‐NPD omogoča proučevanje vzajemnega odnosa med električnim poljem vmesne plasti Eint in od Ea odvisno širino Gaussove funkcije razmazanosti energijskih stanj vrzeli v organskem polprevodniku in pa energijski pomik le‐te vzdolž negativne vezavne energije. Eksperimentalna metoda gostota toka ‐ napetost se izkaže, kot nadvse ustrezna metoda za raziskave električne poljske jakosti z vbrizganimi vrzeli odlikovane vmesne plasti stika elektrode/organski polprevodnik.
Prenosi
Literatura
K. H., S. Y. Yang, C. Yang, S. H. Kim, D. Choi, C. E. Park: Reducing the contact resistance in organic thin‐film transistors by introducing a PEDOT:PSS hole‐injection layer, Org. Electron. 9, 864, 2008
Z. Liu, M. Kobayashi, B. C. Paul, Z. Bao, Y. Nishi: Contact engineering for organic semiconductor devices via Fermi level depinning at the metal‐organic interface, Phys. Rev. B, 82, 035311, 2010
N. B. Kotadiya, H. Lu, A. Mondal, Y. Ie, D. Andrienko, P. W. M. Blom, G.‐J. A. H. Wetzelaer: Universal strategy for Ohmic hole injection into organic semiconductors with high ionization energies, Nature Materials, 17, 329, 2018
A. A. Günther, M. Sawatzki, P. Formánek, D. Kasemann, K. Leo: Contact Doping for Vertical Organic Field‐Effect Transistors, Adv. Funct. Mater. 26, 768, 2016, DOI: 10‐ 1002/adfm.201504377
W.‐L. Seah, C. G. Tang, R.‐Q. Png, V. Keerthi, C. Zhao, H. Guo, J.‐G. Yang, M. Zhou, P. K. H. Ho, L.‐L. Chua: Interface Doping for Ohmic Organic Semiconductor Contacts Using Self‐ Aligned Polyelectrolyte Counterion Monolayer, Adv. Funct. Mat. 27, 1606291, 2017
C. Liu, Y. Xu, Y.‐Y. Noh: Contact engineering in organic field‐effect transistors, Materials Today 18, 79, 2015
S. Liu, P. Billig, A. Al‐Shadeedi, V. Kaphle, B. Lüssem: Doped bottom‐contact organic field effect transistors, Nanotechnology 29, 284001, 2018
Z. B. Wang, M. G. Helander, M. Greiner, J. Qui, Z. H. Lu : Analysis of charge‐injection characteristics at electrode‐organic interfaces: Case study of the transition‐metal oxides, Phys. Rev. B 80, 235325, 2009
Z. B. Wang, M. G. Helander, M. T. Greiner, J. Qui, Z. H. Lu: Carrier mobility of organic semiconductors based on current‐voltage characteristics, J. Appl. Phys. 107, 034506, 2010
J. C. Blakesley, F. A. Castro, W. Kylberg, G. F. A. Dibb, C. A rantes, R. Valaski, M. Cremona, J. S. Kim, J.‐S. Kim: Towards reliable charge‐mobility benchmark measurements for organic semiconductors, Org. Electron., 15, 1263, 2014
B. Cvikl: The electric field at hole injecting metal/organic interface as a cause for manifestation of exponential bias‐dependent mobility, Thin Solid Films 573, 56, 2014
R. Rohloff, N. B. Kotadiya, N. I. Craciun, P. W. M. Blom, G. A. H. Wetzelaer: Electron and hole transport in the organic small molecule ‐NPD, Appl. Phys. Lett. 110, 073301, 2017
S. L. M. van Mensfoort, V. Shabro, R. J. de Vries, R. A. Janssen, R. Coehoom: Hole transport in the organic small molecular material ‐NPD; evidence for the presence of correlated disorder, J. Appl. Phys. 107, 113710 2010
M. A. Lampert: Simplified Theory of Space‐Charge‐Limited‐Currents in an Insulator with Traps, Phys. Rev. 103, 1648, 1956
P. Mark, W. Helfrich: Space‐Charge‐Limited Currents in Organic Crystals, J. Appl. Phys. 33, 205, 1962 S. Nishi, D. Taguchi, T. Manaka, M. Iwamoto: Analysis of current‐voltage characteristics of Au/pentacene/fluorine polymer/indium zinc oxide diodes by electric‐field‐induced‐optical second‐harmonic generation, J. Appl. Phys. 117, 245502, 2015
D. Taguchi, L. Zhang, J. Li, M. Weis, T. Manaka, M.. Iwamoto:, Analysis of Carrier Transients in Double‐Layer Organic Light Emitting Diodes by Electric‐Field‐Induced Second‐Harmonic Generation Measurement, J. Phys. Chem. C, 114, 15136, 2010
W. F. Pasveer, J. Cottaar, C. Tanase, R. Coehoorn, P. A. Bobbert, P. W. M. Blom, D. M. de Leeuw, M. A. J. Michels: Unified Description of Charge‐Carrier Mobilities in Disordered Semiconducting Polymers, Phys. Rev. Lett. 94, 206601, 2005
M. M. Mandoc, B. de Boer, G. Paasch, P. W. M. Blom: Trap‐limited electron transport in disordered semiconducting polymers, Phys. Rev. B 75, 193202, 2007
M. Bouhassoune, S.L.M. van Mensfoort, P.A. Bobbert, R. Coehoorn: Carrier‐density and field‐dependent charge‐carrier mobility in organic semiconductors with correlated Gaussian disorder, Org. Electron. 10, 437, 2009
I. Lange, J. C. Blakesley, J. Frisch, A. Vollmer, N. Koch, D. N eher: Band Bending in Conjugated Polymer Layers, Phys. Rev. Lett. 106, 216402, 2011
M. Oehzelt, N. Koch, G. Heimel: Organic semiconductor density of states controls the energy level alignment at electrode interfaces, Nat. Commun. 5 4174, 2014
Y. Shen, M. W. Klein, D. B. Jacobs, J. C. Scott, G. G. Malliaras: Mobility‐Dependent Charge Injection into an Organic Semiconductor, Phys. Rev. Lett. 86, 3867, 2001
T. J. Whitcher, W. S. Wong, A. N. Talik, K. L. Woon, N. Chaniek, H. Nakajima, T. Saisopa, P. Songsiriritthigul: Electrostatic model of energy‐bending within organic semiconductors: experiment and simulation, J. Phys.: Condens. Matter 28, 365002, 2016
T. J. Whitcher, W. S. Wong, A. N. Talik, K. L. Woon, N. Chaniek, H. Nakajima, T. Saisopa, P. Songsiriritthigul: Investigation into the Gaussian density of states widths of organic semiconductors, J. Phys. D: Appl. Phys. 49, 325106, 2016.
M. S. Khoshkhoo, H. Peisert, T. Chassé, M. Scheele: The role of the density of interface states in interfacial energy level alignment of PTCDA, Org. Electron. 49, 249, 2017
S. Beck, D. Gerbert, T. Glaser, A. Pucci: Charge Transfer at Organic/inorganic Interfaces and the Formation of Space Charge Regions Studied with Infrared Light, J. Phys. Chem. C119, 12545, 2015
G. Jecl, B. Cvikl: The density‐of‐states contributions to the negative field charge drift mobility effect in poly(3‐hexylthiopene) organic semiconductor, Thin Solid Films, 646, 190, 2018
T. Matsushima, Y. Kinoshita, H. Murata:, Formation of Ohmic hole injection by inserting an ultrathin layer of molybdenum trioxide between indium tin oxide and organic hole‐ transport layer, Appl. Phys. Lett. 91, 253504, 2007
