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김충의 Graduate School, Yonsei University 2006 국내석사
본 연구에서는 hole 전송물질인 pentacene과 electron 전송물질인 fullerene을 가지고 이종접합구조를 이루어 ambipolar organic field-effect transistor(OFET)를 제작하였다. 위 소자의 물리 및 화학적 특성을 I-V measurement, atomic force microscope (AFM), x-ray diffraction (XRD), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)과 ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS)같은 방법을 이용함으로써 얻을 수 있었다.Ambipolar OFET의 전기적 특성을 연구하기 위해서 I-V measurement를 하였고 일반적인 ambipolar 특성을 보여주었다. 이는 pentacene과 fullerene의 계면에서 n- 및 p- channel이 동시에 형성되었기때문이다. Field-effect mobility 와 문턱전압은 p-형 구동에서 0.15 cm2/Vs와 7.3 V 그리고 n-형 구동에서 0.035 cm2/Vs와 18 V 를 각각 보여준다.Hole과 electron 전송 방식을 연구하기 위해서 본 소자의 전자구조를 연구하였다. electron-hole injection 장벽, interface dipole 및 밴드 구부림 등을 구하여 하여 계면에서의 완벽한 에너지 밴드 다이어그램을 제공한다. Pentacene film과 SIO2 위에 fullerene을 증착하여 heterojunction film이 가지는 morphology 및 결정성을 관찰하였고 fullerene의 morphology는 pentacene film에 의해 그 grain 크기가 영향을 받으며 성장함을 보여준다. 마지막으로 pentacene과 fullerene의 두께를 각각 조절함으로써 ambipolar 특성이 어떻게 변화하는지를 과찰하였다.추가연구에서는 우리는 낮은 일함수 값을 가지는 hafnium과 fullerene의 전자구조를 UPS를 통해 분석하였다. Ambipolar organic filed-effect transistor was (OFET) fabricated by using heterojunction structure with pentacene as hole-transport and fullerene (C60) as electron-transport layer. We obtained the physical and chemical properties of ambipolar OTFT by using I-V measurement, atomic force microscope (AFM), x-ray diffraction (XRD), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS).To investigate the electric properties of ambipolar OFET, I-V measurement is performed. The ambipolar OFET showed typical ambipolar characteristics, which attributes to the existence of simultaneous p- and n- channel at the interface between pentacene and C60 layer. The field-effect mobility and threshold voltage exhibited 0.15 cm2/Vs and 7.3 V in the p-type operation and 0.035 cm2/Vs and 18 V in the n-type operation, respectively.We have also demonstrated the detailed electronic structure to understand its electron-hole transport system in ambipolar OFET. The complete energy diagram of C60/pentacene system is obtained by using XPS and UPS, which presents the height of electron-hole injection layer, interfacial dipole, band bending and chemical reaction each interface.The structural properties of the heterojunction with C60 film on pentacene film is investigated by using XRD and AFM. The XRD patterns of C60 layer on pentacene layers have shown the organic polycrystalline film, and AFM images have indicated the morphology of C60 film is related to that of pentacene film.Finally, we have been attempts to improve the ambipolar characteristics by controlling thickness of pentacene and C60 layers. As increasing the thickness of C60 layer with fixed pentacene layer, n-type field effect mobility linearly changed 0.035 cm2/Vs to 0.062 cm2/Vs and p-type field effect mobility is saturated at about 0.020 cm2/Vs. As increasing the thickness of pentacene layer with fixed C60 layer, p-type field effect mobility linearly changed -0.004 cm2/Vs to -0.098 cm2/Vs. Over the 100nm-thick pentacene and C60 layers, p- and n--type field-effect mobility showed -0.150 cm2/Vs. and 0.035cm2/Vs, respectively.As further works, we report the electronic structure of fullerene (C60) on hafnium, one of low work function metals, using ultraviolet photoelectron spectroscopy. The valence band spectra were measured during the deposition of C60 on a clean Hf surface. These results indicate that there exist an interface dipole and small electron injection barrier at the interface between C60 and Hf layers.
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