Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Спектроскопия с модуляцией заряда - это метод электрооптической спектроскопии. [1] Он используется для изучения поведения носителей заряда в органических полевых транзисторах . Он измеряет вносимый заряд изменения оптического пропускания [2] [3] , непосредственно исследуя накопленный заряд на границе раздела полупроводника и диэлектрика [4], где формируется канал проводимости.

Блок-схема установки спектроскопии с модуляцией заряда. Здесь фотодиод измеряет передачу. Постоянный ток плюс переменный ток подается сигналом органического полевого транзистора, переменный ток будет в качестве опорной частоты для блокировки в усилителе.

Принципы [ править ]

В отличие от ультрафиолетовой и видимой спектроскопии, которая измеряет поглощение, спектроскопия с модуляцией заряда измеряет изменение оптического пропускания вносимого заряда. Другими словами, он раскрывает новые возможности 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 прошедший свет регистрируется фотодиодом. Когда отношение сигнал / шум очень низкое, сигнал можно модулировать и восстанавливать с помощью синхронизирующего усилителя.

В эксперименте к органическому полевому транзистору прикладываются постоянный ток плюс переменный ток смещения. Зарядные носители накапливаются на границе раздела между диэлектриком и полупроводником (обычно несколько нанометров [5] ). С появлением накопительного заряда меняется интенсивность проходящего света. Затем изменение интенсивности света ( § сигнал обесцвечивания и поглощения заряда ) регистрируется фотодетектором и синхронным усилителем. Частота модуляции заряда дается синхронизирующему усилителю в качестве эталона.

Модулируйте заряд на органическом полевом транзисторе [ править ]

Органический полевой транзистор: красный слой представляет собой накопительный заряд, расположенный на границе диэлектрика и органического полупроводника.

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

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

Спектры модуляции заряда [ править ]

Сигнал спектроскопии с модуляцией заряда можно определить как дифференциальное пропускание, деленное на общее пропускание . Путем модуляции несущих мобильной связи можно наблюдать как функции увеличения, так и уменьшения передачи . [8] Первый относится к обесцвечиванию, а второй - к поглощению заряда и электрически индуцированному поглощению (электропоглощение). Спектры спектроскопии модуляции заряда представляют собой перекрытие функций, индуцированных зарядом, и особенностей электроабсорбции. В транзисторах электропоглощение более существенно во время высокого падения напряжения. [9] Есть несколько способов определить вклад электрического поглощения, например, получить вторую гармонику или исследовать ее в области истощения.

Отбеливание и поглощение заряда [ править ]

Когда накопительный носитель заряда удаляет основное состояние нейтрального полимера, в основном состоянии происходит большая передача. Это называется отбеливанием . С избытком дырки или электронов в полимере будут новые переходы на низких уровнях энергии, поэтому интенсивность передачи снижается , это связано с поглощением заряда. [1]

Электропоглощение [ править ]

Электропоглощение представляет собой тип эффекта Штарка в нейтральном полимере [10], он преобладает на краю электрода, поскольку наблюдается сильное падение напряжения. Электропоглощение можно наблюдать по спектрам спектроскопии модуляции заряда второй гармоники. [9]

Микроскопия модуляции заряда [ править ]

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 всем транзисторе, микроскопия модуляции заряда дает нам локальные спектры и карту. Благодаря этой технологии можно получить индивидуальные спектры каналов и электродов. Более локальный размер спектров модуляции заряда (около субмикронного) может наблюдаться без значительной особенности электроабсорбции. Конечно, это зависит от разрешения оптической микроскопии.

Высокое разрешение микроскопии с модуляцией заряда позволяет отображать распределение носителей заряда в активном канале органического полевого транзистора. [9] Другими словами, можно наблюдать морфологию функционального носителя. Хорошо известно, что локальная плотность носителей может быть связана с микроструктурой полимера. Основываясь на расчетах теории функционала плотности , микроскопия с поляризованной модуляцией 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 показывают высокую подвижность носителей в устройстве на органических полевых транзисторах.

См. Также [ править ]

  • Ультрафиолетовая видимая спектроскопия
  • Органический полевой транзистор
  • Эффект Старка
  • Конфокальная микроскопия

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b 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 расстройства как источник высокой подвижности в n-канальном полимерном полупроводнике». Современные функциональные материалы . 21 (17): 3371–3381. DOI : 10.1002 / adfm.201100592 .
  2. ^ Sirringhaus, H .; Браун, П.Дж.; Друг, RH; Нильсен, ММ; Bechgaard, K .; Лангевельд-Фосс, BMW; Спиринг, AJH; Янссен, RAJ; Meijer, EW; Herwig, P .; де Леу, DM (октябрь 1999 г.). «Двумерный перенос заряда в самоорганизованных высокоподвижных сопряженных полимерах». Природа . 401 (6754): 685–688. DOI : 10,1038 / 44359 . S2CID 4387286 . 
  3. ^ Браун, Питер Дж .; Сиррингхаус, Хеннинг; Харрисон, Марк; Шкунов, Максим; Друг, Ричард Х. (12 марта 2001 г.). «Оптическая спектроскопия индуцированного полем заряда в самоорганизованном поли (3-гексилтиофене) с высокой подвижностью». Physical Review B . 63 (12). DOI : 10.1103 / Physrevb.63.125204 .
  4. ^ Большая площадь и гибкая электроника . Wiley-VCH. 2015-05-04. ISBN 9783527336395.
  5. ^ Bassler, H. (1 января 1993). "Транспорт заряда в неупорядоченных органических фотопроводниках исследование моделирования методом Монте-Карло". Physica Status Solidi B . 175 (1): 15–56. DOI : 10.1002 / pssb.2221750102 .
  6. ^ Мардер, Сет R .; Бредас, Жан-Люк (2016-01-29). Справочник WSPC по органической электронике: органические полупроводники (в 2-х томах) . ISBN 9789814699228.
  7. ^ Интеграция органических тонкопленочных транзисторов: гибридный подход . Wiley-VCH. 2011-03-21. ISBN 978-3527634453.
  8. ^ Чжао, N .; Noh, Y.-Y .; Chang, J.-F .; Heeney, M .; McCulloch, I .; Сиррингхаус, Х. (5 октября 2009 г.). «Локализация поляронов на границах раздела в высокоподвижных микрокристаллических сопряженных полимерах». Современные материалы . 21 (37): 3759–3763. DOI : 10.1002 / adma.200900326 .
  9. ^ a b c Подбородок, Синь Юй; Пейс, Джузеппина; Соци, Чезаре; Кайрони, Марио (2017). «Амбиполярное распределение заряда в донорно-акцепторных полимерных полевых транзисторах» . Журнал Materials Chemistry C . 5 (3): 754–762. DOI : 10.1039 / c6tc05033f .
  10. ^ Chemla, DS; Damen, 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. DOI : 10.1063 / 1.93794 .
  11. ^ Sciascia, Калоджеро; Мартино, Никола; Шюттфорт, Торбен; Уоттс, Бенджамин; Гранчини, Джулия; Антоньяцца, Мария Роза; Завелани-Росси, Маргарита; Макнил, Кристофер Р .; Кайрони, Марио (16 ноября 2011 г.). "Субмикрометрическая микроскопия модуляции заряда высокомобильного полимерного n-канального полевого транзистора". Современные материалы . 23 (43): 5086–5090. DOI : 10.1002 / adma.201102410 . PMID 21989683 . 
  12. ^ Фацци, Даниэле; Кайрони, Марио (2015). «Многоуровневые отношения между молекулярной структурой полимера и переносом заряда: случай полинафталиндиимида битиофена». Физическая химия Химическая физика . 17 (14): 8573–8590. DOI : 10.1039 / c5cp00523j . PMID 25740386 . 
  13. ^ Мартино, Никола; Фацци, Даниэле; Sciascia, Calogero; Луцио, Алессандро; Антоньяцца, Мария Роза; Кайрони, Марио (13 мая 2014 г.). «Отображение ориентационного порядка зондового заряда доменов в полупроводниковом полимере». САУ Нано . 8 (6): 5968–5978. DOI : 10.1021 / nn5011182 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0024-A80B-8 . PMID 24815931 . 


Дальнейшее чтение [ править ]

  • Зиффер, Марк Э .; Мохаммед, Джозеф С .; Джинджер, Дэвид С. (20 мая 2016 г.). "Электропоглощающие спектроскопические измерения энергии связи экситонов, приведенной эффективной массы электронов и дырок и ширины запрещенной зоны в перовските CH 3 NH 3 PbI 3 " . ACS Photonics . 3 (6): 1060–1068. DOI : 10.1021 / acsphotonics.6b00139 .
  • Uchida, R .; Yada, H .; Макино, М .; Matsui, Y .; Miwa, K .; Uemura, T .; Takeya, J .; Окамото, Х. (4 марта 2013 г.). «Инфракрасная спектроскопия с модуляцией заряда монокристаллических полевых транзисторов рубрена». Письма по прикладной физике . 102 (9): 093301. DOI : 10,1063 / 1,4794055 .
  • Лю, Чуань; Хуанг, Кайронг; Пак, Вон-Тэ; Ли, Минмин; Ян, Тэнчжоу; Лю, Сюин; Лян, Лицзюань; Минари, Такео; Но, Ён-Ён (2017). «Единое понимание переноса заряда в органических полупроводниках: важность ослабленной делокализации для носителей» . Материалы Horizons . 4 (4): 608–618. DOI : 10.1039 / C7MH00091J .