Особенности транспорта носителей зарядов вдоль границы раздела двух органических диэлектриков

• Автор: Гадиев, Радик Мансафович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Размерные эффекты и двумерные электронные системы
1.2. Проводящий интерфейс между полярными и неполярными изоляторами
1.2.1 Электронная реконструкция
1.2.2 Электронный газ высокой подвижности
1.2.3 Основные теоретические модели
1.3. Металлоподобная проводимость в органических интерфейсах
1.4. Строение поверхности полимерных пленок, обусловленное ориентацией структурных элементов
1.5. Особенности границы раздела полимер/полимер
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. ПОЛИДИФЕНИЛЕНФТАЛИД И ЕГО СВОЙСТВА
2.2. Изготовление пленочных образцов
2.3. Методика измерения зависимостей вольтамперных характеристик от
ТЕМПЕРАТУРЫ
2.4. Методика измерения зависимостей вольтамперных характеристик от влажности
2.5. Методика измерения проводимости четырехзондовым методом для образца произвольной формы
2.6. Методика измерения влияние внешнего поля на проводимость структуры
2.7. Метод атомно-силовой микроскопии
2.8. Анализ ошибок измерений
2.8.1 Прямые измерения
2.8.2 Косвенные измерения
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНСПОРТА ЗАРЯДОВ ВДОЛЬ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ДВУХ ОРГАНИЧЕСКИХ ДИЭЛЕКТРИКОВ
3.1. Вклад интерфейса в проводимость и влияние материала электрода
3.2. Температурная зависимость проводимости: инжекционная модель
3.3. Оценка реальной проводимости структуры
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА ИНТЕРФЕЙСА И РОЛЬ СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРОВ
4.1. Исследование границы раздела полимер/полимер методом АСМ
4.2. Роль полидифениленфталида
4.3. Роль боковых дипольных групп
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ И ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
5.1. Влияние внешнего поля
5.2. Влияние параметров внешней среды
5.3. Обсуждение результатов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Актуальность темы.
Целью многих практических разработок на основе полимеров была комбинация их электрических и оптических свойств полупроводника или металла с механическими свойствами (легкость и пластичность) и с преимуществами связанными с более простой технологий приготовления (низкая температура приготовления и в результате более дешевое сырьё).
Ясно, что область применения полимеров в электронике зависит от их проводящих свойств. Сильнолегированные квазиметаллические полимеры находят применение в качестве различных антистатических покрытий, электромагнитных экранов, в литографических процессах и др. В химически легированных полимерах процесс легирования и делегирования может управляться внешним напряжением, что используется для создания легких аккумуляторных батарей и различных медицинских приборов.
С другой стороны, нелегированные полимеры обладают полупроводниковыми свойствами, в них можно инжектировать носители заряда из электродов. Уже создан полностью полимерный (а значит гибкий) полевой транзистор, полимерные фотоприемники, солнечные элементы. Разрабатываются полностью полимерные интегральные схемы, которые могут заменить в некоторых случаях (например, в кодовых электронных замках) кремниевые микросхемы. К «ярким» применениям можно отнести бурно развивающееся в настоящее время направление — полимерные светодиоды (LED). Рынок полимерной электроники один из самых бурно -развивающихся рынков в мире. По оценкам независимых компаний величина инвестиций в эту область, в будущем году превысят 300 млрд. долларов.
Компанией Philips уже изготовлен полностью полимерный чип площадью 27 мм2 с минимальным размером деталей 5мкм. Скорость обработки информации с помощью таких интегральных схем составляет 10-100 бит/с. Этот параметр пока мал, чтобы использовать такие схемы в

компьютерах, однако достаточен для использования в кодовых замках, электронных ярлыках для товаров в магазинах и др.
Увеличение скорости работы органических транзисторов одно из приоритетных направлений развития. В основном работа в этой области направлена на синтез новых полимерных материалов или разработки новых легирующих примесей. Однако ведутся работы по созданию органических транзисторов использующих в качестве транспортного канала не сам материал, а лишь небольшую квантоворазмерную область, сформированную на границе раздела двух органических материалов. Этот принцип используется во всех современных высокочастотных полупроводниковых транзисторах. Широкие возможности химической промышленности и уникальные свойства полимерных материалов позволяют прогнозировать возможность таких устройств. Которые могут серьезно ослабить позиции полупроводниковых транзисторов на рынке высокочастотной электроники.
Цель работы.
Диссертационное исследование посвящено экспериментальному исследованию особенностей транспорта носителей заряда вдоль границы раздела двух органических диэлектриков.
Для осуществления указанной цели решались следующие задачи:
1. Разработка методики изготовления образцов для исследования транспорта носителей зарядов вдоль границы раздела двух полимерных пленок
2. Исследование электрофизических свойств структуры различными методами при различных температурах и различных материалах электродов.
3. Исследование влияния молекулярной структуры полимеров на электрофизические свойства границы раздела.
4. Исследование влияния электрического поля и внешних воздействий на транспорт носителей зарядов вдоль интерфейса полимер/полимер.

В неорганических материалах это связано с открытием металлоподобного состояния [50], сверхпроводимости [75] и магнетизма [59] в поверхностях раздела между различным изоляционными немагнитными оксидами. В этой главе показывается, что металлическая система может также быть создана на поверхности раздела между кристаллами двух различных органических молекул, которые являются изоляторами.
В работе [83], в качестве таких материалов были выбраны tetrathiofulvalene (TTF) и 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ), которые известны своим использованием в синтезе первого металлического органической композиции для переноса заряда. В такой композиции TTF и TCNQ упорядочиваются в линейных цепях, образовывая четкую кристаллическую структуру (рис. 1.3.1). Электроны на самой высокой занятой молекулярной орбитали (HOMO) TTF переходят к самой низкой незанятой молекулярной орбитали (LUMO) TCNQ, при этом фактически не наблюдается гибридизации уровней. В результате цепочки TTF и TCNQ ведут себя как расцепленные одномерные электронные системы и при комнатной температуре материал чрезвычайно хорошо проводит. При низкой температуре композит становится диэлектриком вследствие двух переходов Пайерлса происходящих независимо в TTF и TCNQ (при Т = 54 КБ для TCNQ и Т= 38 К для TTF), явно проявляя одномерность материала [84; 85].
Вместо того, чтобы сосредотачиваться на свойствах объемных TTF-TCNQ, авторы работы [89] исследовали электронный перенос вдоль поверхности раздела между кристаллами TTF и TCNQ. Как показано на рисунке 1.3.2, кристаллы TTF и TCNQ - полупроводники с электронными свойствами, характерными для многих органических материалов (например пентацен, обычно используемый в гибкой электронике).