Спектроскопия модуляции заряда

Спектроскопия с модуляцией заряда - это инструмент электрооптической спектроскопии . ^[1] Он используется для изучения поведения носителей заряда в органических полевых транзисторах . Он измеряет изменение оптического пропускания, вызванное зарядом. ^[2]^[3] путем непосредственного зондирования накопленного заряда на границе горения полупроводника и диэлектрического слоя. ^[4] где образуется канал проводимости.

Принципы

В отличие от спектроскопии ультрафиолетового и видимого диапазона , которая измеряет поглощение, спектроскопия модуляции заряда измеряет изменение оптического пропускания, внесенное зарядом. Другими словами, он раскрывает новые особенности оптической передачи, вносимые зарядами. В этой установке в основном четыре компонента: лампа, монохроматор , фотодетектор и синхронный усилитель . Лампа и монохроматор используются для генерации и выбора длины волны. Выбранная длина волны проходит через транзистор, а передаваемый свет регистрируется фотодиодом. Когда отношение сигнал/шум очень низкое, сигнал можно модулировать и восстанавливать с помощью синхронного усилителя.

В эксперименте на органический полевой транзистор подается постоянный ток плюс переменный ток смещения. Носители заряда накапливаются на границе раздела диэлектрик-полупроводник (обычно несколько нанометров). ^[5]). С появлением накопительного заряда меняется интенсивность проходящего света. Изменение интенсивности света ( сигнал отбеливания и поглощения заряда ) затем регистрируется фотодетектором и синхронным усилителем. Частота модуляции заряда передается синхронному усилителю в качестве эталона.

Модулируйте заряд органического полевого транзистора.

Существует четыре типичных архитектуры органических полевых транзисторов: ^[6] Верхний затвор, нижние контакты; нижний затвор, верхние контакты; нижний затвор, нижние контакты; верхние ворота, верхний контакт.

Для создания слоя накопительного заряда на затвор органического полевого транзистора подается положительное/отрицательное напряжение постоянного тока (положительное для транзистора типа P, отрицательное для транзистора N-типа). ^[7] Для модуляции заряда между затвором и истоком подается переменное напряжение. Важно отметить, что за модуляцией может следовать только подвижный заряд и что частота модуляции, подаваемая на синхронный усилитель, должна быть синхронной.

Спектры модуляции заряда

Сигнал спектроскопии с модуляцией заряда можно определить как дифференциальное пропускание. $\bigtriangleup T$ разделенное на общую передачу $T$ . Путем модуляции операторов мобильной связи увеличивается передача $\bigtriangleup T/T>0$ и уменьшить передачу $\bigtriangleup T/T<0$ обе особенности можно было наблюдать. ^[8] Первое относится к отбеливанию, а второе – к поглощению заряда и электрически индуцированному поглощению (электропоглощению). Спектры спектроскопии модуляции заряда представляют собой перекрытие особенностей зарядово-индуцированного и электропоглощения. В транзисторах электропоглощение более существенно при высоком падении напряжения. ^[9] Существует несколько способов определить вклад электропоглощения, например, получить вторую гармонику. $\bigtriangleup T/T$ или исследуйте его в области истощения.

Отбеливание и поглощение заряда

Когда накопительный носитель заряда удаляет основное состояние нейтрального полимера, передача в основном состоянии увеличивается. Это называется отбеливание $\bigtriangleup T>0$ . При избытке дырки или электронов в полимере возникнут новые переходы на низких энергетических уровнях, поэтому интенсивность передачи снижается. $\bigtriangleup T<0$ , это связано с поглощением заряда. ^[1]

Электроабсорбция

Электропоглощение — это разновидность эффекта Штарка в нейтральном полимере. ^[10] оно преобладает на краю электрода, поскольку наблюдается сильное падение напряжения. Электропоглощение можно наблюдать по спектрам спектроскопии модуляции заряда второй гармоники. ^[9]

Микроскопия модуляции заряда

Микроскопия с модуляцией заряда — это новая технология, сочетающая конфокальную микроскопию со спектроскопией с модуляцией заряда. ^[11] В отличие от спектроскопии модуляции заряда, которая фокусируется на целом транзисторе, микроскопия модуляции заряда дает нам локальные спектры и карту. Благодаря этой технологии спектры каналов и спектры электродов могут быть получены индивидуально. Более локальный размер спектров модуляции заряда (около субмикрометра) можно наблюдать без существенных особенностей электропоглощения. Конечно, это зависит от разрешения оптической микроскопии.

Высокое разрешение зарядовой модуляционной микроскопии позволяет картировать распределение носителей заряда в активном канале органического полевого транзистора. ^[9] Другими словами, можно наблюдать функциональную морфологию носителей. Хорошо известно, что локальная плотность носителей может быть связана с микроструктурой полимера. На основе расчетов теории функционала плотности микроскопия с модуляцией поляризованного заряда может выборочно отображать перенос заряда, связанный с относительным направлением дипольного момента перехода. ^[12] Локальное направление может быть коррелировано с ориентационным порядком полимерных доменов. ^[13] Более упорядоченные домены демонстрируют высокую подвижность носителей органического полевого транзистора.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Кайрони, Марио; Птица, Мэтт; Фацци, Даниэле; Чен, Чжихуа; Ди Пьетро, Риккардо; Ньюман, Кристофер; Факкетти, Антонио; Сиррингхаус, Хеннинг (9 сентября 2011 г.). «Очень низкая степень энергетического беспорядка как причина высокой подвижности в n-канальном полимерном полупроводнике». Передовые функциональные материалы . 21 (17): 3371–3381. дои : 10.1002/adfm.201100592 . S2CID 95644182 .
^ Сиррингхаус, Х.; Браун, ПиДжей; Друг, Р.Х.; Нильсен, ММ; Бехгаард, К.; Лангевельд-Фосс, BMW; Спиринг, AJH; Янссен, РАДЖ; Мейер, EW; Хервиг, П.; де Леу, DM (октябрь 1999 г.). «Двумерный транспорт заряда в самоорганизованных сопряженных полимерах с высокой подвижностью». Природа . 401 (6754): 685–688. Бибкод : 1999Natur.401..685S . дои : 10.1038/44359 . S2CID 4387286 .
^ Браун, Питер Дж.; Сиррингхаус, Хеннинг; Харрисон, Марк; Шкунов Максим; Друг, Ричард Х. (12 марта 2001 г.). «Оптическая спектроскопия полевого заряда в самоорганизованном поли(3-гексилтиофене) высокой подвижности». Физический обзор B . 63 (12): 125204. Бибкод : 2001PhRvB..63l5204B . дои : 10.1103/physrevb.63.125204 .
^ Большая площадь и гибкая электроника . Вайли-ВЧ. 04.05.2015. ISBN 9783527336395 .
^ Бесслер, Х. (1 января 1993 г.). «Перенос заряда в неупорядоченных органических фотопроводниках: исследование методом моделирования Монте-Карло». Физический статус Solidi B. 175 (1): 15–56. Бибкод : 1993ПССБР.175...15Б . дои : 10.1002/pssb.2221750102 .
^ Мардер, Сет Р.; Бредас, Жан-Люк (29 января 2016 г.). Справочник WSPC по органической электронике: органические полупроводники (в 2-х томах) . ISBN 9789814699228 .
^ Интеграция органических тонкопленочных транзисторов: гибридный подход . Вайли-ВЧ. 21 марта 2011 г. ISBN 978-3527634453 .
^ Чжао, Н.; Нет, Ю.-Ю.; Чанг, Ж.-Ф.; Хини, М.; Маккалок, И.; Сиррингхаус, Х. (5 октября 2009 г.). «Локализация поляронов на границах раздела в высокоподвижных микрокристаллических сопряженных полимерах». Продвинутые материалы . 21 (37): 3759–3763. Бибкод : 2009AdM....21.3759Z . дои : 10.1002/adma.200900326 . S2CID 95098433 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Чин, Синь Юй; Пейс, Джузеппина; Сочи, Чезаре; Кайрони, Марио (2017). «Амбиполярное распределение заряда в донорно-акцепторных полимерных полевых транзисторах» . Журнал химии материалов C. 5 (3): 754–762. дои : 10.1039/c6tc05033f .
^ Чемла, Д.С.; Дамен, TC; Миллер, DAB; Госсард, AC; Вигманн, В. (15 мая 1983 г.). «Электропоглощение за счет эффекта Штарка на экситонах при комнатной температуре в структурах с множественными квантовыми ямами GaAs/GaAlAs». Письма по прикладной физике . 42 (10): 864–866. Бибкод : 1983ApPhL..42..864C . дои : 10.1063/1.93794 .
^ Шаша, Калоджеро; Мартино, Никола; Шутфорт, Торбен; Уоттс, Бенджамин; Гранчини, Джулия; Антоньяцца, Мария Роза; Завелани-Росси, Маргарита; Макнил, Кристофер Р.; Кайрони, Марио (16 ноября 2011 г.). «Субмикрометровая микроскопия модуляции заряда высокомобильного полимерного n-канального полевого транзистора». Продвинутые материалы . 23 (43): 5086–5090. Бибкод : 2011AdM....23.5086S . дои : 10.1002/adma.201102410 . ПМИД 21989683 . S2CID 205241797 .
^ Фацци, Даниэле; Кайрони, Марио (2015). «Многомасштабные взаимосвязи между молекулярной структурой полимера и переносом заряда: случай полинафталиндиимида битиофена». Физическая химия Химическая физика . 17 (14): 8573–8590. Бибкод : 2015PCCP...17.8573F . дои : 10.1039/c5cp00523j . ПМИД 25740386 .
^ Мартино, Никола; Фацци, Даниэле; Шаша, Калоджеро; Луцио, Алессандро; Антоньяцца, Мария Роза; Кайрони, Марио (13 мая 2014 г.). «Сопоставление ориентационного порядка доменов с зондированием заряда в полупроводниковом полимере». АСУ Нано . 8 (6): 5968–5978. дои : 10.1021/nn5011182 . hdl : 11858/00-001M-0000-0024-A80B-8 . ПМИД 24815931 .

Дальнейшее чтение

Зиффер, Марк Э.; Мохаммед, Джозеф К.; Джинджер, Дэвид С. (20 мая 2016 г.). «Измерения энергии связи экситона, электронно-дырочной приведенной эффективной массы и запрещенной зоны в перовските CH ₃ NH ₃ PbI ₃ » электроабсорбционной спектроскопией . АСУ Фотоника . 3 (6): 1060–1068. doi : 10.1021/acsphotonics.6b00139 .
Учида, Р.; Яда, Х.; Макино, М.; Мацуи, Ю.; Мива, К.; Уэмура, Т.; Такея, Дж.; Окамото, Х. (4 марта 2013 г.). «Инфракрасная спектроскопия модуляции заряда рубреновых монокристаллических полевых транзисторов». Письма по прикладной физике . 102 (9): 093301. Бибкод : 2013ApPhL.102i3301U . дои : 10.1063/1.4794055 .
Лю, Чуан; Хуанг, Кайжун; Пак, Вон Тэ; Ли, Минмин; Ян, Тэнчжоу; Лю, Сюин; Лян, Лицзюань; Минари, Такео; Но, Ён Ён (2017). «Единое понимание транспорта заряда в органических полупроводниках: важность ослабленной делокализации для носителей» . Горизонты материалов . 4 (4): 608–618. дои : 10.1039/C7MH00091J .

[lowdegree2-1] Перейти обратно: ^а ^б Кайрони, Марио; Птица, Мэтт; Фацци, Даниэле; Чен, Чжихуа; Ди Пьетро, Риккардо; Ньюман, Кристофер; Факкетти, Антонио; Сиррингхаус, Хеннинг (9 сентября 2011 г.). «Очень низкая степень энергетического беспорядка как причина высокой подвижности в n-канальном полимерном полупроводнике». Передовые функциональные материалы . 21 (17): 3371–3381. дои : 10.1002/adfm.201100592 . S2CID 95644182 .

[H.Sirringhaus2-2] Сиррингхаус, Х.; Браун, ПиДжей; Друг, Р.Х.; Нильсен, ММ; Бехгаард, К.; Лангевельд-Фосс, BMW; Спиринг, AJH; Янссен, РАДЖ; Мейер, EW; Хервиг, П.; де Леу, DM (октябрь 1999 г.). «Двумерный транспорт заряда в самоорганизованных сопряженных полимерах с высокой подвижностью». Природа . 401 (6754): 685–688. Бибкод : 1999Natur.401..685S . дои : 10.1038/44359 . S2CID 4387286 .

[3] Браун, Питер Дж.; Сиррингхаус, Хеннинг; Харрисон, Марк; Шкунов Максим; Друг, Ричард Х. (12 марта 2001 г.). «Оптическая спектроскопия полевого заряда в самоорганизованном поли(3-гексилтиофене) высокой подвижности». Физический обзор B . 63 (12): 125204. Бибкод : 2001PhRvB..63l5204B . дои : 10.1103/physrevb.63.125204 .

[4] Большая площадь и гибкая электроника . Вайли-ВЧ. 04.05.2015. ISBN 9783527336395 .

[5] Бесслер, Х. (1 января 1993 г.). «Перенос заряда в неупорядоченных органических фотопроводниках: исследование методом моделирования Монте-Карло». Физический статус Solidi B. 175 (1): 15–56. Бибкод : 1993ПССБР.175...15Б . дои : 10.1002/pssb.2221750102 .

[6] Мардер, Сет Р.; Бредас, Жан-Люк (29 января 2016 г.). Справочник WSPC по органической электронике: органические полупроводники (в 2-х томах) . ISBN 9789814699228 .

[7] Интеграция органических тонкопленочных транзисторов: гибридный подход . Вайли-ВЧ. 21 марта 2011 г. ISBN 978-3527634453 .

[8] Чжао, Н.; Нет, Ю.-Ю.; Чанг, Ж.-Ф.; Хини, М.; Маккалок, И.; Сиррингхаус, Х. (5 октября 2009 г.). «Локализация поляронов на границах раздела в высокоподвижных микрокристаллических сопряженных полимерах». Продвинутые материалы . 21 (37): 3759–3763. Бибкод : 2009AdM....21.3759Z . дои : 10.1002/adma.200900326 . S2CID 95098433 .

[Amb2-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Чин, Синь Юй; Пейс, Джузеппина; Сочи, Чезаре; Кайрони, Марио (2017). «Амбиполярное распределение заряда в донорно-акцепторных полимерных полевых транзисторах» . Журнал химии материалов C. 5 (3): 754–762. дои : 10.1039/c6tc05033f .

[10] Чемла, Д.С.; Дамен, TC; Миллер, DAB; Госсард, AC; Вигманн, В. (15 мая 1983 г.). «Электропоглощение за счет эффекта Штарка на экситонах при комнатной температуре в структурах с множественными квантовыми ямами GaAs/GaAlAs». Письма по прикладной физике . 42 (10): 864–866. Бибкод : 1983ApPhL..42..864C . дои : 10.1063/1.93794 .

[11] Шаша, Калоджеро; Мартино, Никола; Шутфорт, Торбен; Уоттс, Бенджамин; Гранчини, Джулия; Антоньяцца, Мария Роза; Завелани-Росси, Маргарита; Макнил, Кристофер Р.; Кайрони, Марио (16 ноября 2011 г.). «Субмикрометровая микроскопия модуляции заряда высокомобильного полимерного n-канального полевого транзистора». Продвинутые материалы . 23 (43): 5086–5090. Бибкод : 2011AdM....23.5086S . дои : 10.1002/adma.201102410 . ПМИД 21989683 . S2CID 205241797 .

[12] Фацци, Даниэле; Кайрони, Марио (2015). «Многомасштабные взаимосвязи между молекулярной структурой полимера и переносом заряда: случай полинафталиндиимида битиофена». Физическая химия Химическая физика . 17 (14): 8573–8590. Бибкод : 2015PCCP...17.8573F . дои : 10.1039/c5cp00523j . ПМИД 25740386 .

[13] Мартино, Никола; Фацци, Даниэле; Шаша, Калоджеро; Луцио, Алессандро; Антоньяцца, Мария Роза; Кайрони, Марио (13 мая 2014 г.). «Сопоставление ориентационного порядка доменов с зондированием заряда в полупроводниковом полимере». АСУ Нано . 8 (6): 5968–5978. дои : 10.1021/nn5011182 . hdl : 11858/00-001M-0000-0024-A80B-8 . ПМИД 24815931 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]