korkea sähkönjohtavuus ja kantoaallon liikkuvuus oCVD-pedot-ohutkalvoissa suunnitellulla kiteyttämisellä ja happokäsittelyllä

tulokset ja keskustelu

PEDOT-näytteet syntetisoidaan oCVD-menetelmällä substraatin lämpötiloissa 150° C-300°C , minkä jälkeen suoritetaan HBr-käsittely. Kokeellisia yksityiskohtia löytyy osioista S1 ja fig. S1. Käyttämällä x-ray diffraktio (XRD), havaitsemme, että kiteytys-orientaatio siirtyminen reuna-on face-on indusoidaan vähentynyt kalvon paksuus ja lisääntynyt laskeuman lämpötila. Kuvassa 1c esitetään pedot-ohutkalvojen XRD-tulokset 300°C: ssa (vasen, 10 nm paksu), 190°C: ssa (keskimmäinen, 248 nm paksu) ja 300°C: ssa (oikea, 23 nm paksu). XRD-huippu (21, 22) 2θ ~ 6,5°: ssa vastaa reunojen pinoamissuuntausta (h00), jossa hilaväli D = 1,36 nm Kuvassa. 1C (keskellä), kun taas piikki 2θ ~ 26° vastaa edessä pinoamissuuntausta (0k0) d = 0.34 nm viikuna. 1C (vas.) (21, 22). Kaaviot sekä pinoaminen suuntaukset löytyvät Fig. 1c (12, 22). Verrattuna 300°C: n lämpötilaan talletettuun 10 nm: n näytteeseen samassa lämpötilassa talletetulla 23 nm: n näytteellä on nouseva reunapiikki kuviossa esitetyn hallitsevan pintapinnan lisäksi. 1C (oikealla). Kuvassa 1D esitetään eri lämpötiloissa pinnoitettujen näytteiden XRD-tulokset, mikä osoittaa, että huippuvoimakkuus kasvaa laskeumalämpötilan noustessa. Lisäksi Yhteenveto ocvd: n pedot-ohutkalvojen kiteytymissuuntauksesta ja integroidusta XRD peak-intensiteetistä esitetään Fig: ssä. 1E (alkuperäiset XRD-kuviot löytyvät viikunasta. S5, ja piikin tiedot löytyvät taulukosta S1), jossa tankojen pituus ilmaisee integroitua XRD-piikin intensiteettiä, joka on läheisesti yhteydessä kidevoimaan (23, 24). Face-on pinoaminen näkyy sinisenä ja edge-on pinoaminen näkyy punaisena. Tässä, visualisoida intensiteetti molempien lajien huiput yhdessä, muunnamme reuna-intensiteetti (2θ ~ 6.5°) vastaavaan face-on-intensiteettiin (2θ ~ 26°) Lorentz-polarisaatiokertoimella (23) (yksityiskohtainen selvitys löytyy kohdasta S2). Kuva 1e voidaan jakaa edge-on-alueeseen (punainen) ja face-on-alueeseen (sininen), mikä osoittaa, että face-on-pinoamisen muodostuminen suosii voimakkaasti (I) alhaisen kalvon paksuuden ja (ii) korkean laskeumalämpötilan synteesi-olosuhteita. Esimerkiksi samassa 250°C: n kerrostumislämpötilassa 222 nm: n paksuisella kalvolla on etuoikeutettu reunapinnoitus, kun taas 11 nm: n paksuisella kalvolla on puhtaasti pintapinnoitus (Kuva. 1E ja kuva. S5). Tämä paksuusriippuvuusilmiö voidaan selittää ultrathin-kalvojen ahtautumisvaikutuksella. PEDOT-kalvon kidekoko lasketaan Scherrerin yhtälön (22, 25) perusteella (yksityiskohtaiset kiteiset toimialueen koot löytyvät taulukosta S2): pinoamisen pituus pinoamissuunnassa on ~6,8 nm reunapinoamisessa ja ~3,2 nm pintapinoamisessa. Filmin paksuus on ~10 nm, suuri reuna-on pinoaminen, jonka ulottuvuus on ~6,8 nm, on vaikeampi sijoittaa kuin kompaktimpi kasvot-on pinoaminen, jonka ulottuvuus on ~3,2 nm. Lisäksi korkea Laskeuma lämpötila on myös välttämätöntä muodostumista kasvot-on pinoaminen. 34 nm: n kalvolla, joka on talletettu 150°C: n lämpötilaan, on edelleen hallitseva reunasidonta, kun taas 300°C: n lämpötilassa kasvatetulla 23 nm: n kalvolla (Kuva. 1C, oik.) näyttää pienen reunapinaamisen dominoivalla pinoamisella. Paksuuteen ja kasvulämpötilaan liittyvän kiteytymiskeskeisen siirtymän mekanismi voi liittyä energian minimointiin suljetuissa kerroksissa kiteytymisprosessin aikana. Yksityiskohtainen keskustelu löytyy osioista S2 ja S9. Lisäksi integroitu XRD huippu intensiteetti monotonisesti kasvaa laskeuman lämpötila kasvaa face – on järjestelmä, kuten kuvassa. 1E, joka osoittaa suurempaa kiteisyyttä (23, 24) tai suurempaa osaa kiteytyneestä alueesta, mikä on hyödyllistä sähkönjohtavuuden parantamiseksi.

pedot-näytteiden, joilla on erilaiset kiteytymissuunnat ja erilaiset laskeumalämpötilat, huonelämpötilan tason sähkönjohtavuus on esitetty kuviossa. 2 A. Huoneenlämmönjohtavuus kasvaa laskeuman lämpötilan kasvaessa alueella 150°-300°C. Kasvot kalvot (kuten kuvassa. 1, D ja E) näytteille paljon suurempi sähkönjohtavuus kuin reuna-kalvot. Korkein sähkönjohtavuus on 6259 ± 1468 s / cm, joka saavutetaan 300°C: ssa pinnoitetuissa pedot-ohutkalvoissa.vertailemme tuloksemme myös kirjallisuudessa ilmoitettuihin aikaisempiin ennätysarvoihin (Kuva. 2 B) (12, 14, 26, 27) ja osoittaa uusi ennätys sähkönjohtavuus pedot ohutkalvojen. Tähän suureen sähkönjohtavuuteen liittyy kiteytymissuuntautuneisuuden ja kiteytymissuuntautuneisuuden aiheuttaman selvän pinnan morfologian muutos. OCVD: n PEDOT-ohutkalvojen morfologinen muutos löytyy fig: n atomivoimamikroskopian (AFM) kuvista. S6. Yksityiskohtainen keskustelu löytyy kohdasta S2. Lisäksi thermal stability study, Raman ja heikennetty kokonaisheijastus (ATR) Fourier muuntavat infrapunaspektriä (FTIR), ja x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) tulokset oCVD PEDOT näytteistä löytyvät osioista S3 ja S4. Kalvon paksuuden vaikutusta sähkönjohtavuuteen ja erän uusittavuuteen tutkitaan jaksossa S5.

Kuva. 2 in-plane sähkönjohtavuus oCVD PEDOT ohutkalvot.

(A) huoneenlämpötilassa oCVD-pedot-ohutkalvojen sähkönjohtavuus, jossa on pinoaminen kasvot ja reunat vastakkain. Virhepalkki on 95 prosentin luottamusväli seitsemällä riippumattomalla mittauksella yhden tyypillisen erän joukossa. B) tämän työn tulosten vertailu vertailuarvoihin. C) Lämpötilariippuvainen sähkönjohtavuus oCVD PEDOT-näytteille. D) ZABRODSKII-kuvaaja, joka osoittaa PEDOT-näytteiden metallisen luonteen.

jotta ymmärtäisimme tarkemmin varauksen harjoittajan kuljetusta, suoritimme kryogeenisen sähkönjohtavuuden mittauksen, kuten kuvassa on esitetty. 2C ja S1. Lämpötila-aktivoitu johtavuus esitetty kuvassa. 2C on seurausta kristalliittien välisestä häiriöalueesta (9, 10, 28). Epäjärjestyksen laajuuden ja doping-tason (18) perusteella polymeerien johtamisessa on kolme kuljetusjärjestelmää: metalli, eriste ja kriittinen järjestelmä. Polymeerien johtamisen kuljetusjärjestelmän määrittämiseksi zabrodskii-käyrä(18)luodaan määrittelemällä Suure Wupotettu kuva(1), jossa σ on sähkönjohtavuus, ρ on sähkövastus ja T on lämpötila. W vs. T: n log-log-juoni (Zabrodskii-juoni) on hyvin herkkä metalli-eriste-siirtymälle. Positiivinen kaltevuus matalan lämpötilan alueella (18), zabrodskii juoni oCVD PEDOT ohutkalvot esitetty kuvassa. 2D paljastaa metallisuuden.

Kiteytymislähtöisen siirtymän ja kohonneen laskeumalämpötilan aiheuttama sähkönjohtavuuden paraneminen voidaan selittää kantoaaltoliikkuvuuden parantumisella tai kantoaaltotiheyden parantumisella. Seebeckin kerroin-ja työtoimintamittaukset osoittavat, että kantotiheys ei eroa merkittävästi eri kiteytymissuuntia ja kiteytymisiä omaavien PEDOOTTISTEN ohutkalvojen välillä. On hyvin tunnettua, että materiaalin Seebeck-kerroin liittyy suuresti sen kantotiheyteen: Yleensä Seebeck-kertoimet hajoavat kasvavalla kantotiheydellä (9, 16) samassa materiaalissa. Kuvassa 3A esitetään Seebeck-kerroin, joka mitataan eri lämpötiloissa kerrostetuilla ocvd-PEDOT-ohutkalvoilla (mittausmenetelmä kohdassa S1). Kaikki seebeckin kertoimet ovat ~11 ± 1 µV / K, ja mittausvirheen sisällä on vain vähän varianssia. Sen vuoksi on todettava, että kantotiheys ei muutu merkittävästi näytteiden välillä. Seebeck-kertoimien tuloksen mukaisesti näytteiden työfunktiot ovat myös ~5,33 ± 0,04 eV (Kuva. 3A), jossa on vain vähän varianssia, mikä osoittaa, että kantotiheys ei vaihtele merkittävästi näytteiden välillä (29). Siksi oletamme, että paljon parannettu kantajan liikkuvuus on avain parempaan sähkönjohtavuuteen.

Kuva. 3 teoreettinen mallinnus tutkia maksu harjoittaja kuljetusprosessin oCVD PEDOT.

(a) vasen Y-akseli: eri lämpötiloissa talletettujen oCVD-PEDOT-näytteiden työfunktio. Oikea Y-akseli: pedot-näytteiden huoneenlämpöinen Seebeck-kerroin. B) laskettu kuljetuskerroin σE0 lämpötilassa 300 K. (C) eri lämpötiloihin talletettujen kasvoilta otettujen näytteiden laskettu kantoaallon liikkuvuus huoneenlämmössä ja Hallivaikutuksella mitattu kantoaallon liikkuvuus. Virhepalkki perustuu kolmeen otokseen. D) laskettu kantoaallon liikkuvuus mittauslämpötilan ja asennetun energiaesteen funktiona kristallien välisessä kantoaallossa.

käytämme K-S-mallia (9) saadaksemme syvällisemmän käsityksen charge carrier-kuljetusprosessista. K-S-mallin Keskeiset yhtälöt ovatupotettu kuva(2)upotettu kuva(3), jossa ei ole formalisoitu täydellinen Fermi-Diracin integraaliupotettu kuva(4), jossa σ merkitsee sähkönjohtavuutta ja S seebeckin kerrointa. Kuljetuskerroin σE0 (T) on lämpötilasta riippuvainen, mutta energiasta riippumaton parametri, joka liittyy siirtofunktioon (9). s On polymeerijärjestelmää kuvaava kokonaisluku. Pedotin (9) osalta s = 1 (keskustelut löytyvät kohdasta S1). Pelkistetty kemiallinen potentiaali η = (EF − Et)/kBT, jossa EF on Fermiaste ja Et on siirtoreuna energiayksikön kanssa (tarkemmat tiedot, ks.kohta S1). kB on Boltzmannin vakio ja T on lämpötila. E Eq: ssa. 3 on alkeisvaraus, ja e vuonna Eq. 4 on matemaattinen vakio (Eulerin luku). EQ: ssa. 4 on integraation muuttuja, jota käytetään Fi: n(η) matemaattisen muodon määrittelyyn. ε: lla ei ole fysikaalista merkitystä.

Korkea kuljetuskerroin σE0 osoittaa paljon tehostettua kantoliikkuvuutta ocvd-pedot-ohutkalvoilla. K-s-mallista σE0(T) on lämpötilariippuvainen parametri, joka luonnehtii kantoaallon liikkuvuutta (9). Kuvassa 3b on huoneenlämpötila σE0 laskettuna Seebeck-kertoimella ja sähkönjohtavuus Ympäristönlaatunormeilla. 2 ja 3 (tarkemmat tiedot löytyvät osioista S1 ja S10). Kuten havainnoidaan Kuvassa. 3B, huoneenlämpötila σE0 kasvaa laskeuman lämpötilan kasvaessa. Lisäksi face-on-näytteissä on korkeampi huoneenlämpötila σE0 kuin edge-on-näytteissä, jotka on talletettu samaan lämpötilaan. Tämä ilmiö osoittaa suurempaa kantajan liikkuvuutta kasvoilla olevissa näytteissä kuin niiden reunoilla olevissa vastineissa. Lisäksi korkein huoneenlämpötila σE0, joka saavutetaan 300°C: n pintaan talletetuissa näytteissä, on paljon korkeampi kuin ilmoitettu σE0 PEDOTILLE (~20 s/cm) (9), mikä osoittaa huomattavasti parannetun kantoaallon liikkuvuuden tässä työssä verrattuna tavanomaisiin PEDOT-ohutkalvoihin. Tässä huomautamme, että huoneen lämpötila σE0 reunanäytteille, jotka on talletettu 150°-250°C, on välillä 16-40 s/cm, mikä on sopusoinnussa pedotin kirjallisuusarvon (9) kanssa. Tämä johdonmukaisuus vahvistaa myös analyysimenetelmämme luotettavuutta.

kokeellisiin tuloksiin ja kirjallisuusarvoihin verrattaessa kantajien liikkuvuus lasketaan (9) eq: n avulla. S1. Kasvokalvojen laskettu huoneenlämpötilan kantajan liikkuvuus on esitetty kuviossa. 3C. laskeuman lämpötilan vaihdellessa 190° – 300°C, liikkuvuus kasvaa 2,81−18,45 cm2 V−1 s-1. Hall-vaikutusmittaus vahvistaa 300°C: n lämpötilaan talletetun näytteen lasketun kantoaallon liikkuvuuden (lisätietoja on kohdassa S1). Kuten kuvioitu Kuvassa. 3C, mitattu liikkuvuus on 26.6 ± 9 cm2 V−1 s-1, jonka virhealue sisältää teoreettisen analyysin tuloksen. Tämä kantoliike on konjugoitujen polymeerien korkeimpia arvoja (5, 8). Kun μ = 18,45 cm2 V−1 s−1, varauskantotiheys voidaan Drude−mallia käyttäen laskea 2,12 × 1021 cm-3. Tämän tuloksen vahvistaa Halliefektimittaus . Kantotiheys on metallisten polymeerien välillä (2 × 1021-5 × 1021 cm-3) (18). OCVD PEDOT-ohutkalvojen huoneenlämpötilan sähköiset ominaisuudet on esitetty taulukossa S3 kohdassa S6.

käyttäen lämpötilasta riippuvaa sähkönjohtavuutta (ekv. 2 ja ekv. S1), saamme myös lämpötilariippuvaisen σE0(T) (kuva. S16A)ja kantajaliikkuvuus (Kuva. 3D) sekä 190° C: n että 300°C: n lämpötilaan pinnoitettujen näytteiden osalta sekä 190°C: n lämpötilaan pinnoitettujen näytteiden osalta (yksityiskohtainen selvitys on kohdassa S12). 190°C: seen kerrostettujen kasvot-ja reunakalvofilmien keskeinen ero on se, että kasvokalvon kantajaliikkuvuus kasvaa selvästi 0,7: stä 3: een.2 cm2 V−1 s−1 Yli kokeellisen lämpötila-alueen, kun taas edge−on−kalvon liikkuvuus alkaa ~0,77: stä ja kasvaa hitaasti 1,1 cm2 V-1 s-1: een. Vaikka 190°C: n lämpötilaan talletettujen reuna-ja kasvokalvojen liikkuvuus on lähes identtinen matalan lämpötilan alueella, kasvokalvo näyttää huomattavasti suurempaa kasvunopeutta kuin reunakalvo.

nyt voidaan tutkia laskeuman lämpötilan ja kiteytymislähtöisen siirtymän vaikutusta latauskantajan kuljetukseen PEDOT-ohutkalvoissa. Epähomogeenisen häiriömallin fysikaalisella kuvalla(21, 28) σE0 (T) korreloituu positiivisesti sulautettuun kuvaan, jossa Wy on energiaeste kristallien välisessä kantajakuljetuksessa (9, 25). Parantuneen morfologian ja latauskuljetusreitin ansiosta esteen Wy pitäisi pienentyä (9, 25). Poistamme energiaesteen Wy (lisätietoja on kohdassa S12) ja toteamme, että Wy = 175.4 meV 190°C: n reunanäytteelle, 0.6 meV 190°C: n päällenäytteelle ja 0.2 meV 300°C: n päällenäytteelle. Tässä 190°C: n edge-on-näytteen Wy on yhtäpitävä edge-on-dominoidun regioregulaarisen poly(3-heksyylitiofeenin) kirjallisuusraportin (~100 meV) (10) kanssa. Reunakalvofilmeihin verrattuna interrystalliittikuljetuksen energiaeste on paljon pienempi kasvokalvoissa, mikä viittaa olennaisesti erilaiseen fyysiseen kuvaan interrystalliittiyhteydestä. Lisäksi korkeampi laskeumalämpötila vähentää energiaestettä kasvojenkohotusjärjestelmässä, mahdollisesti parantuneen kidevedellisyyden vuoksi. Paljon pienempi energia este WY kasvot-on näytteitä kasvanut korkeassa lämpötilassa on avain paljon parannettu kantajan liikkuvuutta.

kasvopinnalla olevien näytteiden Alhainen energiaeste voi olla peräisin kasvopinnalla olevien kristallien paremmasta alueidenvälisestä yhteydestä. Kuten kuvassa. 1A, kasvoissa olevien näytteiden kristalliittien välinen yhteys rajoittuu suurelta osin ohueen kerrokseen. Yhdistävät polymeeriketjut kahden vastakkaisen kristalliitin välillä rajoitetun tilan kautta (noin kolme kertaa pinoamisen pituudesta) ovat paljon todennäköisesti suorempia ja järjestyneempiä, koska ohutkalvojen Out-of-plane-ulottuvuus voi olla pienempi kuin satunnaisen Kelan ulottuvuus. Sen sijaan paksuissa reunakalvoissa (248 nm kasvatettu 190°C: ssa; kaavamainen kuvassa. 1A), mahdollisuus muodostumista ”kela-like” (28), erittäin epäjärjestyksessä intercrystallite polymeeriketjut, tai jopa irrotettu ketjut, on paljon suurempi, koska suurempi kalvon paksuus, joka mahdollistaa satunnainen kela muodostumista. Tämä johtaa paljon suurempaan intercrystalliittien energiaesteeseen. Tarkemmat keskustelut löytyvät kohdasta S12.

aiemmat keskustelut perustuvat kaikki pedot-ohutkalvojen tasonsisäiseen sähkönjohtavuuteen. Jotta ymmärtäisimme kiteytymisohjeiden ja sähkönjohtavuuden välisen suhteen, mittasimme Out-of-plane-sähkönjohtavuuden (σ⊥). Kokeelliset menetelmät löytyvät kohdasta S1. Tulokset on tiivistetty Fig. 4 ja taulukko 1.

Kuva. 4 Out-of-plane sähkönjohtavuus sarjan oCVD-kasvatettu PEDOT näytteitä.

johtavuus tason ulkopuolisessa suunnassa vähenee kiteytymislähtöisessä siirtymässä edge-on-järjestelmästä face-on-järjestelmään, mutta kasvaa laskeumalämpötilan noustessa face-on-järjestelmässä. Virhepalkki on SD, joka perustuu kolmeen eri erissä talletettuun näytteeseen. Reunanäytteiden ja pintanäytteiden keskimääräinen paksuus on esitetty taulukossa 1.

taulukko 1 Yhteenveto σ⊥ – mittauksesta.
katso tätä taulukkoa:

  • Näytä ponnahdusikkuna
  • Näytä rivi

kuten kuvassa. 4, jos vertaamme reunoilla 190°C kasvatettuja PEDOT-ohutkalvoja Kasvot 190°C: ssa kasvatettuihin PEDOT-ohutkalvoihin, σ⊥ pienenee kiteytymisen suuntautumisen siirtyessä reunasta kasvot-on. Tässä σ⊥ arvot reuna-on 190°C-kasvatetut näytteet ovat sopusoinnussa ilmoitettujen arvojen PEDOT:PSS (polystyreeni sulfonaatti) mitattuna suhteellisen suuria elektrodeja (30, 31), joka validoi tulokset.

lisäksi vertaamalla 300°C: n kasvokasvunäytteiden σ⊥-arvoja 190°C: n kasvokasvunäytteiden σ⊥-arvoihin havaitsemme, että σ ⊥ kasvaa kasvokasvun laskeumalämpötilan noustessa, mikä johtuu todennäköisesti lisääntyvästä laskeumalämpötilasta.

laskimme Anisotropian (σ///σ⊥) edelleen taulukossa 1. Σ⊥: n lasku ja anisotropian lisääntyminen face-on-näytteissä verrattuna edge-on-näytteisiin voidaan selittää seuraavasti. Kuten kuvassa. 1A, face-on-näytteissä yhteenliitettävillä ketjuilla voi olla säännöllisempi rakenne, joka ulottuu tason suuntaan. Vaikka tämä säännöllinen toisiinsa ketjun rakenne parantaa In-plane johtavuus σ / / merkittävästi kuin analysoimme ennen, se estää delocalization varauksen harjoittajien out-of-plane suuntaan. Samalla reuna-on-näytteiden yhteenliitettävien ketjujen satunnaistetumpi rakenne voi tarjota väyliä varauskantajan delokalisaatiolle tason ulkopuolisessa suunnassa. Tästä syystä σ⊥ On face-on-näytteissä paljon pienempi kuin samassa lämpötilassa talletetuissa edge-on-näytteissä. Lisäksi, vaikka π-π pinoaminen kasvot-on kristalliitit out-of-plane suuntaan auttaa delocalize maksu harjoittajien tähän suuntaan alkuun muutaman nanometrit, mikä tahansa muutos, kallistus, tai kierto kristalliitti kautta kokonaispaksuus estää π-π päällekkäisyyttä kahden vierekkäisen kristalliitit, siis vähentää yleistä σ⊥ kautta koko paksuus (32).

300°C: ssa kasvokohtaisesti kasvatetuissa näytteissä kasvokohtaisesti kasvokohtaisesti kasvatettujen domeenien kiteytyvyys on suurempi kuin 190°C: ssa kasvokohtaisesti kasvatetuissa näytteissä (Kuva. 1 E). Siksi hyöty π-π pinoaminen out-of-plane suuntaan face-on kiteytys suunta voi alkaa voittaa haittoja muutos, kallistus, tai kierto, jolloin parannettu σ⊥ 300°C-kasvanut kasvot-on näytteitä verrattuna 190°C-kasvanut kasvot-on näytteitä.

erittäin johtava oCVD-PEDOT-kalvo on erittäin houkutteleva korkean taajuuden (HF) tasasuuntaajien käyttöön, koska sen korkea sähkönjohtavuus vähentää vastus-kondensaattori-aikavakiota. Esittelemme ensimmäistä kertaa Schottky-tyyppinen radiotaajuus (RF) tasasuuntaaja array työskentelee 13.56 MHz käyttäen PEDOT kuin korkea työ toiminto metalli (33). Kiekko-mittakaavan demonstraationa syntetisoimme suoraan oCVD-PEDOT-filmin 10,16 cm: n si-kiekkoon ja kuvioimme sen PEDOT-Si Schottky-diodijärjestelmiksi. Kuvassa 5A esitetään korkean työfunktion PEDOTIN ja n-tyypin Si: n väliin muodostuneen Schottky-diodin rakenne. Edustavan PEDOT-Si-tasasuuntaajan optinen Kuva on esitetty kuvassa. 5B (valmistusprosessi, KS. jakso S1). Tasasuuntaajan vastaava piiri on esitetty kuvassa. 5C. pedot-Si-diodin DC I-V-ominaisuudet osoittavat selkeän oikaisukäyttäytymisen (Kuva. 5D). Tämä oikaisukäyttäytyminen mahdollistaa sen soveltamisen muuntamalla saapuvan VAIHTOVIRTASIGNAALIN TASAJÄNNITTEEKSI, joka on avain monissa sovelluksissa, kuten RF-energian korjuussa (eli rectenna) ja RF-tunnistuksessa (RFID). PEDOT-Si-diodimme toimivat onnistuneesti 13.56 MHz: n taajuudella, joka on yksi RFID: n käytetyimmistä toimintataajuuksista. Kuten kuvassa. 5E, RF-signaali 13,56 MHz (Vpp = 2,5 V) luotiin funktiogeneraattorin kautta ja syötettiin PEDOT-Si-diodiin. PEDOT-Si-diodi on kytketty kuormitusvastukseen sarjakokoonpanossa (Fig. 5c). Kuten kuvassa. 5E, PEDOT-Si-diodi voi onnistuneesti korjata tulon RF-signaalit ja saada DC-jännitteen ulostulossa, joka mitataan ~0,75 V oskilloskoopilla. Tämän tasasuuntaajan suorituskyky täyttää HF-järjestelmän vakiotaajuuden 13,56 MHz (33). Se on myös yksi parhaiten suoriutuneista orgaanisista tasasuuntaajista (33, 34) työskentelytiheydeltään ja päihittää monet muut samankaltaisilla rakenteilla varustetut orgaaniset Tasasuuntaajat (33).

Kuva. 5 laitteen suorituskykyä RF Tasasuuntaajat valmistettu käyttäen PEDOT-Si Schottky diodi.

(a) HF Schottky-diodirakenne, joka koostuu korkean työtehtävän metallisesta oCVD-pedot-ohutkalvosta ja n-tyypin Si: stä. PEDOT-Si Schottky-diodi muuntaa tulo HF AC-signaalit DC bias valtaan kuorman sen lähtö. (B) optinen kuva yhdestä edustavasta PEDOT-Si RF-diodista. Tarkennettu kuva näyttää yksityiskohdat. Vasen pääte on PEDOTIN ohutkalvon ja Si: n (Au/Ti/PEDOT/Si) välille muodostunut Schottkyn liitos; oikea pääte on Si: n (Au/Ti/Si) päällä oleva ohminen elektrodi. Katkoviivalla osoitetaan mesa-eristysalue, jossa PEDOTIN ohutkalvo syövytetään pois kunkin elektrodin eristämiseksi. Mittakaari, 10 µm. (C) pedot-Si-tasasuuntausdiodin vastaava piiri 13,56 MHz: n mittausta varten. Piirin kapasitanssi on 0,02 µF. Induktanssi on 8 mH. Kuormitusvastus säädetään impedanssisovitukselle. D) pedot-Si-diodin DC I-V-ominaisuudet log-asteikossa. E) tasasuuntaajan suorituskyvyn korjaaminen. Punainen viiva tarkoittaa tulon AC-jännitettä taajuudella 13.56 MHz, kun taas sininen viiva on lähtö DC jännite korjattu PEDOT-Si diodi. Tässä käytetty kuormituskestävyys on 55 kilohmia.

yhteenvetona, tämä tutkimus osoittaa ennätyksellisen korkea sähkönjohtavuus PEDOT suunniteltu kiteytys ja morfologia. Korkea tasonsisäinen johtavuus on seurausta lisääntyneestä kantoaallon liikkuvuudesta suurella kantoaallon tiheydellä. XRD näyttää kiteytymissuuntautuneen siirtymän, joka johtuu laskeuman lämpötilan nostamisesta ja kalvon paksuuden pienentämisestä, mikä parantaa kantajan liikkuvuutta. Hall effect-mittaukset vahvistavat teoreettisesta mallinnuksesta lasketun suuren kantoaallon liikkuvuuden ja suuren kantoaallon tiheyden. Tuloksemme viittaavat siihen, että suuri liikkuvuus voi johtua kristallien välisen kantokuljetuksen energiaesteen vähenemisestä. Jotta kiteytymislähtöisyyden ja sähköisten ominaisuuksien välinen suhde ymmärrettäisiin täysin, tutkitaan myös Out-of-plane-johtavuutta. Lopuksi, Kiekko-mittakaavassa valmistus 13.56-MHz tasasuuntaaja on osoitettu PEDOT kuin korkea työ toiminto metalli vahvistaa metallinen luonne PEDOT ohut kalvot. Tämä on myös ensimmäinen RF-tasasuuntaaja, joka käyttää PEDOTIA korkean työtehtävän metallina Schottky-diodissa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.