Optik litografi ile organik alan etkili transistörlerin kanal aralığının hassas şekilde oluşturulması ve elde edilen cihazların elektriksel karakterizasyonu

Abstract

Organik alan etkili transistör (OFET), üretim kolaylığı, düşük bütçeli yatırım ve esnek yüzeye uygulanabilmesi gibi avantajlarından dolayı, bilinen silisyum temelli transistörlerin pek çok uygulama alanında yerini almaya aday bir elektronik devre elemanıdır. OFET; bir alt tabaka üzerine önce iki iletken kontak (kaynak ve Savak) sonra üzerine yarıiletken polimer, bunun üzerine yalıtkan polimer ve en üste de kapı kontağı kaplanarak üretilir. Bu üretim sıralaması; kapının altta olması veya yarıiletken malzemenin kaynak ve Savak arasında olması gibi 4 farklı geometride de oluşturulabilmektedir. Elde edilen OFET'lerde Kaynak kapı arasına uygulanan gerilim ile kaynak Savak arasından geçen akım kontrol edilmektedir. Tez kapsamında öncelikle literatürde yer alan P tipi P3HT polimeri ile litografi yöntemi kullanılarak transistörler üretilmiş ve literatürde bulunan sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Ticari bir polimer olan P3HT ile elde edilen transistörlerin karakteristik davranışları literatürde bulunan karakteristik davranışlarla son derece uyumlu çıkmıştır. Daha sonra özgün sentez bileşikler kullanılmıştır. Bu tezde, özgün malzemeler kullanılarak kapı/yalıtkan/kaynak Savak/yarıiletken yapılı yüksek performanslı OFET üretimi gerçekleştirilmiş ve sentezin özgün olmasının yanısıra performansın yüksek olması ile de literatüre büyük katkı sağlanmıştır. Yapılan çalışmada P3HT polimeri ile üretilen OFET'in kanal aralığına bağlı olarak eşik voltajı (VTh), açma kapama akım oranı(ION/IOFF), maksimum çıkış Savak akımı (IDS)max ve alan etkili mobilitesi µFET gibi transistör parametreleri incelenmiştir. Eşik voltajı küçük ve büyük kanal aralıklarında sapma gösterirken genelde -7 V civarında elde edilmiştir. ION/IOFF değeri, 6 µm için 1,01x103 olarak bulunurken 70 µm için 0,18x103 olarak elde edilmiş ve kanal aralığının artmasıyla azaldığı gözlenmiştir. (IDS)max değeri yine 6 µm için 4,24 µA bulunurken 70 µm için 0,34 µA olarak elde edilmiştir. Buradan kanal aralığının artmasıyla (IDS)max değerinin azaldığı anlaşılmaktadır. µFET değeri ise 6 µm için 2,1x10-3 cm2/Vs olarak bulunurken 70 µm için 6,3x10-3cm2/Vs olarak elde edilmiş ve kanal aralığıyla birlikte lineer olmayan bir artış gözlenmiştir. Yeni sentez malzeme ile üretilen OFET'in VTh, ION/IOFF, µFET ve geçiş iletkenliği (gm) değeri, sırasıyla 1,37 V, 0,7x103, 5,02 cm2/Vs ve 5,64 µS/mm olarak elde edilmiştir.

Because of the advantages such as ease of production, low budget investment and applicability on flexible surfaces; organic field effect transistors ( OFET) are used as electronic circuit components that are candidate to take silicon based transistors' place in many applications. An OFET is fabricated by depositing two conducting contacts on substrate (source and drain) and then a semiconducting polymer on these contacts and later an insulating polymer on semiconducting polymer and lastly gate contact on insulating polymer. This fabrication order could be in four different geometry such as gate's being at the bottom or semiconductor materials being between source and drain. The voltage between source and gate, and the current passing through source and drain are controlled in fabricated OFET. Within the scope of dissertation, firstly transistors were fabricated by using P type P3HT polymer that is encountered in literature via lithography method and the results were compared with those in the literature. The performance of transistors fabricated with P3HT, which is a commercial polymer, has beeen found considerably compatible with the results of literature. Afterwards, novel synthesized compounds were used. In this dissertation, high performance OFET of gate/insulator/source drain/semiconductor structure were fabricated and considerable contribution was made to the literature through novel synthesized compounds and obtained high performance. In the study conducted, depending on channel length of OFET fabricated by P3HT polymer, transistor parameters such as threshold voltage (VTh), on off current ratio (ION/IOFF), maximum output drain current (IDS)max and field effect mobility (µFET) are investigated. Threshold voltage values are generally at about -7 V though there are deviations for small and large channel gaps. The value of ION/IOFF for 6 µm is 1,.01x103 whereas it is 0,18x103 for 70 µm, and it has been observed that it decreases with increasing the channel length. Similarly, value of (IDS)max for 6 µm is 4,24 µA whereas it is 0,34 µA for 70 µm, and it has been concluded that it decreases with increasing the channel length. As to the value of µFET, it is 2,1x10-3 cm2/Vs for 6 µm whereas it is 6,3x10-3 cm2/Vs for 70 µm, and it exhibits non linear increase with increasing the channel length. VTh, ION/IOFF, µFET and transconductance (gm) values of the OFET fabricated by newly synthesized compound are 1,37 V, 0,7x103, 5,02 cm2/Vs and 5,64 µS/mm, respectively.