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CONDUTTORI ORGANICI PER CONDUTTORI ORGANICI PER L L ELETTRONICA ELETTRONICA Antonio Antonio Cassinese Cassinese CNR CNR - - SPIN SPIN - - Dipartimento di Scienze Fisiche Dipartimento di Scienze Fisiche Universit Universit à à di Napoli Federico di Napoli Federico II II Universit Universit à à di Napoli di Napoli Federico II Federico II CNR CNR - - SPIN SPIN 1

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CONDUTTORI ORGANICI PER CONDUTTORI ORGANICI PER LL’’ELETTRONICAELETTRONICA

Antonio Antonio CassineseCassinese

CNRCNR--SPIN SPIN -- Dipartimento di Scienze Fisiche Dipartimento di Scienze Fisiche UniversitUniversit àà di Napoli Federicodi Napoli Federico II II

UniversitUniversitàà di Napoli di Napoli ““ Federico IIFederico II””

CNRCNR-- SPINSPIN

1

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

MULTIFUNZIMULTIFUNZIONALITAONALITA ’’

FILM FILM SOTTILI SOTTILI

ORGANICIORGANICI

BASSI BASSI COSTICOSTI

SUBSTRATI SUBSTRATI FLESSIBILIFLESSIBILI

TailoringTailoringchimico chimico infinitoinfinito

BIOCOMPATBIOCOMPATIBILITAIBILITA ’’

Tecniche di Tecniche di printingprinting rollroll toto

rollroll -- inkjetinkjet

SensingSensing chimico, chimico, biologico, biologico,

Packaging attivoPackaging attivo

Schermi flessibili, Schermi flessibili, Schermi OLEDSchermi OLED

Etichette RFIDEtichette RFID, , Smart Smart objectsobjects , ,

MemorieMemorie

Energia Energia alternativa alternativa

Integrazione con Integrazione con inorganici inorganici -- ibridiibridi

UBIQUITOUS ELECTRONICSUBIQUITOUS ELECTRONICS

““ LL’’ELETTRONICA OVUNQUEELETTRONICA OVUNQUE ””

ROLL TO ROLL ROLL TO ROLL PrintingPrinting

Produzione in larga Produzione in larga scala di dispositivi su scala di dispositivi su

substrati flessibilisubstrati flessibili

TECNICHE DA SOLUZIONE TECNICHE DA SOLUZIONE –– REQUISITO SOLUBILITAREQUISITO SOLUBILITA ’’ -- PRINCIPALMENTE PRINCIPALMENTE POLIMERI POLIMERI –– LOW COSTLOW COST

SPINSPIN--COATINGCOATINGProcess parameters

Solution concentration

Spinning speed

Spinning time

Temperature

TECN. LABORATORIO

INKINK--JET JET PrintingPrinting

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

PRODOTTI COMMERCIALI PRODOTTI COMMERCIALI –– TV OLEDTV OLEDSemiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

GIAGIA’’ COMMERCIALIZZATI COMMERCIALIZZATI DA TEMPO: DA TEMPO: MINI MINI

DISPLAYS DISPLAYS –– PER PER CELLULARI, OROLOGI E CELLULARI, OROLOGI E

MP3 PLAYERSMP3 PLAYERS 4

1 ottobre 2012: Smart TV OLED Sony e

Panasonic solo nel 2014

Sony sta sviluppando anchealtre tecnolgie televisori basati

su Crystal LED display

PRODOTTI GIAPRODOTTI GIA’’ COMMERCIALI COMMERCIALI –– SCHERMI AMOLEDSCHERMI AMOLEDSemiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

Samsung: SERIE GALAXYSamsung: SERIE GALAXY , Nokia , Nokia serieserieLumiaLumia

in in arrivoarrivo : DISPLAY FLESSIBILI, : DISPLAY FLESSIBILI, TABLET, TV TABLET, TV

SUBSTRATE

ANODE

HTL

ETL

CATHODE

VV

VANTAGGI OLEDVANTAGGI OLED•• Assenza di retroAssenza di retro --illuminazioneilluminazione•• Angolo di visuale di 180Angolo di visuale di 180 °°•• Minor consumo di energiaMinor consumo di energia•• Tempi di risposta piTempi di risposta pi ùù rapidi rapidi •• Color Color tunabilitytunability

Mettere dei prodotti commerciali sul mercato va ben oltre la possibilità di avere una tecnologia matura Da un punto di vista tecnologico l’unic aproblematic a ancora aperta resta quella dell’ emissione nel blu

LG e Samsung sviluppano diversi dispositivi basati su OLED

Largest TV oled 55” and 4 mm thick Mitzubishi 155” (unione di piu’ schermi)

NUOVA FRONTIERA: OLED TRASPARENTI

Dal punto di vista tecnologico l’emissione nel Blu e’ l’unico fattore un po limitante.

SCHERMI OLED : COMING SOON SCHERMI OLED : COMING SOON Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

ORGANIC SOLAR CELLSORGANIC SOLAR CELLSSemiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

Struttura simile ad Struttura simile ad OledOled ((multilayermultilayer ): comportamento Duale ): comportamento Duale –– i i fotoni incidenti generano cariche, con passaggio di corrente fotoni incidenti generano cariche, con passaggio di corrente

Tipologie: Tipologie:

-- Celle completamente Celle completamente organiche (organiche ( heterojunctionheterojunction ))

-- Celle ibride Celle ibride organicheorganiche --inorganicheinorganiche ((ZnOZnO ,TiO2 es.),TiO2 es.)

-- Celle Celle DyeDye sensitizedsensitized

7

RECORD DI EFFICIENZA 2012RECORD DI EFFICIENZA 2012

•• PolyeraPolyera (USA) (USA) –– 9.1 % (Feb., 2012) 9.1 % (Feb., 2012)

•• HeliatekHeliatek ((GermanyGermany ) ) –– 10.7 % (May, 2012) 10.7 % (May, 2012)

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

MATERIALI ORGANICI DI ORIGINE NATURALIMATERIALI ORGANICI DI ORIGINE NATURALI

INDACO: colorante INDACO: colorante naturale per i bluenaturale per i blue --jeansjeans

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

ROLLABLE DISPLAYS: SONYROLLABLE DISPLAYS: SONY

OLED PILOTATI DA OLED PILOTATI DA TRANSISTOR TRANSISTOR

ORGANICI ORGANICI

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

DOLLARDOLLAR SWISS FRANC SWISS FRANC YENYEN

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

Aspetti fondamentali del Aspetti fondamentali del Trasporto di caricaTrasporto di carica

TRASPORTO DI CARICA TRASPORTO DI CARICA –– EQUIVALENTI DELLA BANDA DI EQUIVALENTI DELLA BANDA DI VALENZA E DI CONDUZIONEVALENZA E DI CONDUZIONE

ORBITALI MOLECOLARI e RELATIVI ORBITALI MOLECOLARI e RELATIVI STATI ENERGETICISTATI ENERGETICI LUMO: LUMO: LowestLowest

UnoccupiedUnoccupied MolecularMolecularOrbitalOrbital

HOMO: HOMO: HighestHighestOccupiedOccupied MolecularMolecular

OrbitalOrbital

Semiconduttori organici per LSemiconduttori organici per L ’’ElettronicaElettronica

LUMOLUMO

HOMOHOMO

00

AAGG

IIGG

EnergyEnergy

EEgg

BCBC

BVBV

T5 T5 –– PENTATHIOPHENEPENTATHIOPHENE

NELLA REALTANELLA REALTA ’’ SI HANNO, NELLA MAGGIOR PARTE DEI CASI, SI HANNO, NELLA MAGGIOR PARTE DEI CASI, CONDIZIONI INTERMEDIE !!!CONDIZIONI INTERMEDIE !!!

TRASPORTO DI CARICA TRASPORTO DI CARICA –– DIAGRAMMA DI ENERGIA DIAGRAMMA DI ENERGIA -- DIPENDENZA DIPENDENZA DA ORDINE STRUTTURALEDA ORDINE STRUTTURALE

Semiconduttori organici per LSemiconduttori organici per L ’’ElettronicaElettronica

SOLIDI ORGANICI: STRUTTURE ENERGETICHESOLIDI ORGANICI: STRUTTURE ENERGETICHE

BCBC

BVBV

CRISTALLO CRISTALLO MOLECOLAREMOLECOLARE

SOLIDO SOLIDO AMORFOAMORFO

Presenza di Bande Presenza di Bande delocalizzatedelocalizzate --Delocalizzazione debole Delocalizzazione debole --

Larghezza di Banda (0.1Larghezza di Banda (0.1 --0.5 0.5 eVeV) ) ––Effetti Effetti PolaroniciPolaronici

Stati energetici Localizzati Stati energetici Localizzati Distribuzione Gaussiana Distribuzione Gaussiana Meccanismo di Meccanismo di HoppingHopping

GAS PHASE: MOLECOLA ISOLATAGAS PHASE: MOLECOLA ISOLATA

LUMOLUMO

HOMOHOMO

00

AAGG

IIGG

EnergyEnergy

EgEg~ ~ 2,3 2,3 eVeV

BCBC

BVBV

TRASPORTO DI CARICA TRASPORTO DI CARICA –– MOBILITAMOBILITA ’’ -- DIPENDENZA DA ORDINE DIPENDENZA DA ORDINE STRUTTURALESTRUTTURALE

Semiconduttori organici per LSemiconduttori organici per L ’’ElettronicaElettronica

BCBC

BVBV

CRISTALLO CRISTALLO MOLECOLAREMOLECOLARE

Presenza di Bande Presenza di Bande delocalizzatedelocalizzate --MobilitMobilit àà ~~10 10

cmcm 22//volt*secvolt*sec e ue u ~ T~ T--n n

–– CONTRIBUTO CONTRIBUTO POLARONICOPOLARONICO

MobilityMobility versus temperatureversus temperature

SOLIDO AMORFOSOLIDO AMORFO

Stati energetici Stati energetici localizzati localizzati --

HoppingHoppingtermicamente termicamente

attivato attivato -- MobilitMobilit àà: : 1010--55/ 10/ 10--1 1

cmcm 22//volt*secvolt*sec

MobilityMobility versus temperatureversus temperature

TRASPORTO DI CARICA NEGLI ORGANICI TRASPORTO DI CARICA NEGLI ORGANICI –– ASPETTI PECULIARI ASPETTI PECULIARI

Metal

EEFMFM

EE0 0 -- Vacuum levelVacuum level

LUMO-E C

HOMO-E V

∆e

∆h

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

••EFFETTI DI DIPOLI INTERFACCIALI cambiano il livello di vuoto e mEFFETTI DI DIPOLI INTERFACCIALI cambiano il livello di vuoto e m odificano le barriere energetiche allodificano le barriere energetiche all ’’ interfaccia.interfaccia.

••LL’’ INIEZIONE DEI PORTATORI da un elettrodo metallico i n un materialINIEZIONE DEI PORTATORI da un elettrodo metallico i n un material e organico e organico èè un fenomeno ancora non un fenomeno ancora non completamente compreso. I modelli classici (completamente compreso. I modelli classici ( TunnellingTunnelling , Emissione termoionica) sono utili solo in prima , Emissione termoionica) sono utili solo in prima approssimazione. approssimazione.

EFFETTI ESTRINSECI legati alla morfologia dei film organici nellEFFETTI ESTRINSECI legati alla morfologia dei film organici nell a zona di interfaccia con gli elettrodi.a zona di interfaccia con gli elettrodi.

∆∆ee: bassa per iniezione di elettroni: bassa per iniezione di elettroni

∆∆hh: bassa per iniezione di lacune: bassa per iniezione di lacune

Visione Visione semplificatasemplificata

INIEZIONE DAI METALLIINIEZIONE DAI METALLI

ORGANICOORGANICO

Le proprietà di conduzione del materiale bulk sono d ifficili da investigare e non sempre descrivibili con modelli di conduzione derivati dai semiconduttori inorganici e di tipo ho ppingSi pososno osservare contributi polaronici,SCLC, su perconduzione Ferroelettricità

Semiconduttori organici per lSemiconduttori organici per l ’’ElettronicaElettronica

SEMICONDUTTORI ORGANICI sono intrinseci e idealment e SEMICONDUTTORI ORGANICI sono intrinseci e idealment e ambipolariambipolari(conduzione contemporanea di lacune ed elettroni). In realt(conduzione contemporanea di lacune ed elettroni). In realt àà, la maggior parte , la maggior parte dei materiali organici mostra di essere preferenzia lmente di tipdei materiali organici mostra di essere preferenzia lmente di tip o p (trasporto o p (trasporto di lacune) o n (trasporto di elettroni). La mobilitdi lacune) o n (trasporto di elettroni). La mobilit àà di un tipo di portatore di un tipo di portatore èè ciocio èèmolto maggiore dellmolto maggiore dell ’’altra. I materiali organici che si comportano prati camente altra. I materiali organici che si comportano prati camente come come ambipolariambipolari ((µµee≈≈ µµhh) sono rari.) sono rari.

Semiconduttori organici ad elevata mobilitSemiconduttori organici ad elevata mobilit àà (applicazione FET)(applicazione FET)

RAGIONI:RAGIONI:

-- DiversitDiversit àà delle barriere di iniezione per i due tipi delle barriere di iniezione per i due tipi di portatori.di portatori.

-- Maggiore sensibilitMaggiore sensibilit àà di un tipo di portatori di un tipo di portatori (elettroni in particolare) ai meccanismi di (elettroni in particolare) ai meccanismi di trappingtrapping(da impurit(da impurit àà))

TRASPORTO DI CARICA NEGLI ORGANICI TRASPORTO DI CARICA NEGLI ORGANICI –– ASPETTI PECULIARI ASPETTI PECULIARI

PP--TYPETYPE NN--TYPETYPE

Gruppi Gruppi SilanoliSilanoli ((SiOHSiOH))

• Perylene Carboxylic Diimide derivatives

PerylenePerylene DiimidesDiimides

••Electron withdrawing groups:Electron withdrawing groups:CyanoCyano groups, groups, -- (fluorinated side (fluorinated side chaneschanes ))

EFFECTS EFFECTS ofof PROPER FUNCTIONALIZATIONPROPER FUNCTIONALIZATION -- REDUCTION OF LUMO LEVELREDUCTION OF LUMO LEVEL

••CLOSE PACKING CLOSE PACKING (FLUORINATED GROUPS).(FLUORINATED GROUPS).

••THERMODYNAMIC STABILITY vs THERMODYNAMIC STABILITY vs ELECTROCHEMICAL REACTIONS INVOLVING ELECTROCHEMICAL REACTIONS INVOLVING ELECTRONS AND HELECTRONS AND H 22O/OO/O22..

••LOW BARRIER FOR ELECTRON LOW BARRIER FOR ELECTRON INJECTION FROM INJECTION FROM GOLDGOLD ELECTRODES.ELECTRODES.

Nobel Fisica 2010

Portatori sia di tipo p che di tipo n

Andre K. Geim and Konstantin S. Novoselov,

19

Nobel chimica 2010

20

Sony assume il Nobel 2010 per TV OLED Ei-ichi Negishi(16 dicembre 2010)

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

Dispositivi di interesse per Dispositivi di interesse per ll ’’Esperienza di LaboratorioEsperienza di Laboratorio

OrganicOrganic FieldField EffectEffect DevicesDevices(OFET)(OFET)

21

OrganicOrganic FieldField EffectEffect TransistorsTransistors

((a) Top a) Top ContactContact / / BottomBottom GateGate (TC/BG)(TC/BG)(b) (b) BottomBottom ContactContact / / BottomBottom GateGate (BC/BG)(BC/BG)(c) (c) BottomBottom ContactContact / Top / Top GateGate (BC/TG)(BC/TG)

STRUTTURE STRUTTURE OFET OFET -- TFTTFT

MOSFETMOSFET

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

DIFFERENZE PRINCIPALIDIFFERENZE PRINCIPALI

•• MOSFET basato sul MOSFET basato sul fenoemnofenoemno delldell ’’ inversione inversione –– OFET su accumulazione, meccanismo OFET su accumulazione, meccanismo intrinsecamente non lineare intrinsecamente non lineare –– FENOMENO INTERFACCIALE (fattore tecnologicamente FENOMENO INTERFACCIALE (fattore tecnologicamente critico)critico)

•• Semiconduttori organici Semiconduttori organici undopedundoped , tuttavia mostrano un comportamento intrinsecament e , tuttavia mostrano un comportamento intrinsecament e di tipo p o n (meno raramente)di tipo p o n (meno raramente)

•• DrainDrain e Source metallici (resistenze di contatto)e Source metallici (resistenze di contatto)

•• MobilitMobilit àà dei portatori dipendente dalla tensione di gate app licata (da ddei portatori dipendente dalla tensione di gate app licata (da d ensitensit àà dei dei portatori) portatori) 22

Nonostante le notevoli differenze, le equazioni del la corrente Nonostante le notevoli differenze, le equazioni del la corrente IIDSDS=f=f(V(VDSDS, , VVGSGS) negli OFET (in prima approssimazione) sono ident iche a quelle) negli OFET (in prima approssimazione) sono ident iche a quelle dei dei MOSFET MOSFET –– (cambia il significato fisico della (cambia il significato fisico della thresholdthreshold voltagevoltage ))

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronicaOrganicOrganic FieldField EffectEffect TransistorsTransistors

)(* thGDSi

DS VVVL

WCI −= µ

LINEARE VLINEARE V GSGS>V>VDSDS

2)(*2 thG

i

DSVV

L

WCI −= µ

SATURAZIONE SATURAZIONE VVGSGS=V=VDSDS

Output curves: IDS vs VDS at different Vg Transfer curve: IDS vs Vg at fixed VDS

MobilitMobilit àà FET compresa tra 10FET compresa tra 10 --44 cmcm 22//V*sV*s per per fetfet polimerici amorfi a circa polimerici amorfi a circa 30 cm30 cm 22//V*sV*s per per fetfet con cristalli molecolari (RUBRENE)con cristalli molecolari (RUBRENE) -- [[aSiaSi ~~1 cm1 cm 22//V*sV*s]]

23

APPLICAZIONI OAPPLICAZIONI O --FETFETSemiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

Circuiti raddrizzatori e logiche circuitali basate sul transistor organici –Frequenze operative richieste fino a 13.56 MHz – Ott imizzazione della mobilità

e del layout del dispositivo

Radio Frequency Identification Tag (O -RFID)

Price-sensitive mass markets

O-LET: Organic Light Emitting Transistors (Oled+Ofet)

Trasporto Trasporto ambipolareambipolare : per una stessa : per una stessa polaritpolarit àà di Vdi V DSDS e Ve VGSGS vengono vengono

accumulati sia elettroni che lacune che accumulati sia elettroni che lacune che poi si ricombinano emettendo lucepoi si ricombinano emettendo luce

(MOLTI APPROCCI DIFFERENTI (MOLTI APPROCCI DIFFERENTI ––DIFFICILE OTTIMIZZAZIONEDIFFICILE OTTIMIZZAZIONE )

Smart pixelSmart pixel 24

Mobilita in air 0.39 cmMobilita in air 0.39 cm 22//volt*secvolt*sec

In water 0.24 cmIn water 0.24 cm 22//volt*secvolt*sec , ON/OFF , ON/OFF aboutabout 100 100

StabilityStability up up toto 12 12 HoursHours

pH sensor Glucose

TRANSISTOR ORGANICI PER APPLICAZIONI BIOSENSORISTICHETRANSISTOR ORGANICI PER APPLICAZIONI BIOSENSORISTICHE

STATE OF THE ART: OFET BIOSENSORS OPERATING IN WATER STATE OF THE ART: OFET BIOSENSORS OPERATING IN WATER

25

SENSORI SENSORI DIDI GAS: Esempi in letteraturaGAS: Esempi in letteratura

UponUpon exposureexposure toto a a saturatedsaturatedatmosphere atmosphere ofof 11--pentanol in Npentanol in N 22

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronicaAPPLICAZIONI OAPPLICAZIONI O --FET: SENSORIFET: SENSORI

SENSORI SENSORI DIDI PRESSIONE: Esempi in letteraturaPRESSIONE: Esempi in letteratura

The robot skinThe robot skin

26

TRANSISTOR ORGANICI PER APPLICAZIONI BIOSENSORISTICHETRANSISTOR ORGANICI PER APPLICAZIONI BIOSENSORISTICHE

STATE OF THE ART: OFET BIOSENSORS OPERATING IN AIR STATE OF THE ART: OFET BIOSENSORS OPERATING IN AIR

StoliarStoliar , P., P., , etet al.al., , BiosensBiosens. . BioelectronBioelectron. . (2009) 24 (9), 2935. (Gruppo (2009) 24 (9), 2935. (Gruppo BiscariniBiscarini -- CNR BOLOGNA)CNR BOLOGNA)

66. Huang, J.66. Huang, J. , , etet al.al., , J. Am. J. Am. ChemChem. Soc. . Soc. (2007) 129, 9366. Uni. (2007) 129, 9366. Uni. ofof MarylandMaryland

SensitivitySensitivitytoto DMMPDMMP

27

Field effect doping on Organic material

Dopato con metalli alcalini presenta proprietàsuperconduttive

Electron-phonon couplingλ decreases (weak coupling) with increasing # of π electronsassociated with the carbon rings

λ λ λ λ legata al valore di TcPhillips, P. Nature 2000, 406, 687-688.

Hydrocarbon are still of interest in the superconducting field

We are working on thatFET devices of picene

Field effect devices ( tuning superconducting properties)

A.Cassinese et al.,Appl. Phys Lett. 84 , 3933 (2004), Phys. Rev. B70, 214528 (2004).

Bi amorphous/STO

Kevin A. Parendo et al. Phys. Rev. Lett., 94, 197004 (2005)

D. Matthey ,Triscone,et al. , Appl. Phys. Lett. 83, 3758 (2003)

8 u.c.

Wide Gap Semiconductor 3.3 Wide Gap Semiconductor 3.3 eVeV(HOMO (HOMO --5.3eV)5.3eV)Good hole mobility (about 1 cmGood hole mobility (about 1 cm22VV --11ss--11))Strongly emitter in the Blue rangeStrongly emitter in the Blue rangeSuperconductor at 12K with alkaline Superconductor at 12K with alkaline metalsmetals

PicenePicene

1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.40

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

PL

Inte

nsity

(co

unts

)

Photon Energy (eV)1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

Picene

Abs

orba

nce

(a.u

.)

Photon Energy (eV)

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

AttivitAttivit àà di interessedi interesse e e possibili tesinepossibili tesine

31

• Perylene Carboxylic Diimide derivatives

PerylenePerylene DiimidesDiimides

••Electron withdrawing groups:Electron withdrawing groups:CyanoCyano groups, groups, -- (fluorinated side (fluorinated side chaneschanes ))

EFFECTS EFFECTS ofof PROPER FUNCTIONALIZATIONPROPER FUNCTIONALIZATION -- REDUCTION OF LUMO LEVELREDUCTION OF LUMO LEVEL

••CLOSE PACKING CLOSE PACKING (FLUORINATED GROUPS).(FLUORINATED GROUPS).

••THERMODYNAMIC STABILITY vs THERMODYNAMIC STABILITY vs ELECTROCHEMICAL REACTIONS INVOLVING ELECTROCHEMICAL REACTIONS INVOLVING ELECTRONS AND HELECTRONS AND H 22O/OO/O22..

••LOW BARRIER FOR ELECTRON LOW BARRIER FOR ELECTRON INJECTION FROM INJECTION FROM GOLDGOLD ELECTRODES.ELECTRODES.

NN--TYPE PERYLENE TYPE PERYLENE OFETsOFETs: OUR WORK: OUR WORK

PDIPDI--8CN8CN22dicyanoperylenedicyanoperylene--3,4:9,103,4:9,10--

bis(bis(dicarboximidedicarboximide))--µµ ~~ 0.01 0.01 -- 0.1 cm0.1 cm22/volt*sec/volt*sec

LUMO(BC)=LUMO(BC)= --4.3 4.3 eVeV

PDIPDI--FCNFCN22N,N0N,N0--1H,1H1H,1H--perfluorobutyl perfluorobutyl

dicyanoperylenediimidedicyanoperylenediimideµµ-- 0.1~1 cm0.1~1 cm22/volt*sec/volt*secLUMO(BC)=LUMO(BC)= --4.5 4.5 eVeV

INVESTIGATED PERYLENE OLIGOMERSINVESTIGATED PERYLENE OLIGOMERS

PDIPDI--8 8 -- N,NN,N’’ --dioctyldioctyl--3,4,9,103,4,9,10--perylene perylene

tetracarboxylictetracarboxylic diimidediimide --µµ ~ 0.1 cm~ 0.1 cm22/volt*sec/volt*secLUMO(BC)=LUMO(BC)= --3.9 3.9 eVeV

AIR STABLE on SiOAIR STABLE on SiO 22

JOULEJOULE --EVAPORATION BY KNUDSEN CELLSEVAPORATION BY KNUDSEN CELLSSubstrateSubstrate Temperature=Temperature= FromFromroomroom temperature temperature toto 100 100 °°CC

EvapEvap . . rate=rate= 1nm/min1nm/min

Film Film ThicknessThickness : : fromfrom 2nm 2nm toto90 90 nmnm

33

Morfologia: Ottimizzazione dei parametri di deposizione e Morfologia: Ottimizzazione dei parametri di deposizione e studio della dimensione e della forma dei grani studio della dimensione e della forma dei grani

SEXITHIOPHENESEXITHIOPHENEAFMAFMstep-like islands

TSUB Effect

lamellaeRounded-shape grains

200°C40<T<80°CRT 100<T<150°C

0.12 ML/min (terraces) (2D) 7.65 ML/min (grains) (3D)3 ML/min (dendritic)

PENTACENEPENTACENEGrowthGrowth raterate effecteffect TTSUB SUB =60 =60 °°CC

34

BottomBottom contactcontact , , bottombottom gategate Substrato di SiOSubstrato di SiO 22, contatti , contatti interdigitatiinterdigitati dd’’oro, 2 dispositivi differenti oro, 2 dispositivi differenti

per lunghezza L (20 per lunghezza L (20 µµmm e 40 e 40 µµmm) e larghezza di canale (rapporto ) e larghezza di canale (rapporto W/L costante) W/L costante) –– STESSA CORRENTE TEORICASTESSA CORRENTE TEORICA

L=L= 40 40 µµm (C,D) m (C,D) -- L=20 L=20 µµmm (A,B)(A,B)W/W/L=L= 550 550 (A, B, C, D)(A, B, C, D)

AA BB

CC DD

GOLDGOLD

SiO2 (200nm) – Ossido termicoFILM ORGANICOFILM ORGANICO

SOURCESOURCE

Si++

(GATE)

DRAIN DRAIN

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronicaSTRUTTURA DEI FETSTRUTTURA DEI FET

35

PROBE STATION CROGENICAPROBE STATION CROGENICA

TECNICHE TECNICHE DIDI CARATTERIZZAZIONE DELLE PROPRIETACARATTERIZZAZIONE DELLE PROPRIETA ’’ ELETTRICHEELETTRICHE

•• Misure DC Misure DC –– AC (frequenza fino a 3GHz) su film sottili e materia li bulkAC (frequenza fino a 3GHz) su film sottili e materia li bulk

•• ConducibilitConducibilit àà dai semidai semi --isolanti (10isolanti (10 --10 10 S/cm) ai superconduttoriS/cm) ai superconduttori

•• Temperature tra 400K (circa 130 Temperature tra 400K (circa 130 °°C) fino a 4.2 K (C) fino a 4.2 K ( --268.8 268.8 °°C)C)

•• Misure in vuoto o atmosfera controllata (gas inerte)Misure in vuoto o atmosfera controllata (gas inerte)

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

36

ESEMPI ESEMPI DIDI CARATTERIZZAZIONE DCCARATTERIZZAZIONE DC -- FET T6FET T6

-50 -40 -30 -20 -10 0

-2,4x10-5

-1,8x10-5

-1,2x10-5

-6,0x10-6

0,0

DR

AIN

SO

RC

E C

UR

RE

NT

[AM

PE

RE

]

DRAIN SOURCE VOLTAGE [VOLT]

vG=0 vG=-10 vG=-20 vG=-30 vG=-40 vG=-50

0 20 40 60 80 100 120 140

10-3

10-2

mob

ility

[cm

2 /vol

t*se

c]

Thickness (nm)

lineare saturazione

LineareLineare

SaturazioneSaturazione

-60 -40 -20 0 20 40 60-5,0x10-4

-4,0x10-4

-3,0x10-4

-2,0x10-4

-1,0x10-4

0,0

ARIA VUOTO

DR

AIN

SO

UR

CE

CU

RR

EN

T [A

MP

ER

E]

GATE VOLTAGE [volt]

Calcolo della mobilità dalle curve di output o dalle transcaratteristiche confronto con metodi classici

37

-60 -40 -20 0 20 40 60

0,0

5,0x10-6

1,0x10-5

1,5x10-5

2,0x10-5 VDS=-5 volt

- D

RA

IN S

OR

UC

E C

UR

RE

NT

[AM

PE

RE

]

- GATE VOLTAGE

Room Temperature T=270 K T=250 K T=230 K T=210 K T=190 K T=170 K T=150 K T=130 K T=110 K T=100 K T=90 K T=80 K T=70 K

-40 0 4010-11

1x10 -10

1x10 -9

1x10 -8

1x10 -7

1x10 -6

1x10 -5

1x10 -4

VDS=-5 volt

- D

RA

IN S

OR

UC

E C

UR

RE

NT

[AM

PE

RE

]

- GATE VOLTAGE

0,004 0,008 0,01210-5

10-4

10-3

10-2

MO

BIL

ITY

[cm

2 /vol

t*se

c]

Temperature -1 [K -1]

AhrreniusAhrrenius LawLaw

ActivationActivation energyenergyEaEa = 60 = 60 –– 90 90 meVmeV

ESEMPI ESEMPI DIDI CARATTERIZZAZIONE DCCARATTERIZZAZIONE DC -- FET T6 (Temperatura)FET T6 (Temperatura)

Calcolo dell’ energia di attivazione dalla misura di mobilità

38

ββ=parametro=parametro di dispersione, di dispersione, ττ =tempo=tempo di rilassamentodi rilassamento

ShiftShift della della TresholdTreshold voltagevoltage(tensione di soglia) dovuto alla (tensione di soglia) dovuto alla

polarizzazione continua dl dispositivopolarizzazione continua dl dispositivo

)(* thGDSi

DS VVVL

WCI −= µ

In caso di polarizzazione In caso di polarizzazione continua, il continua, il biasbias stress produce stress produce un decadimento della corrente un decadimento della corrente

con il tempocon il tempo

11

FENOMENI FENOMENI DIDI INSTABILITAINSTABILITA ’’ NEI FET ORGANIC NEI FET ORGANIC –– BIAS STRESSBIAS STRESS

0 900 1800 27005,0x10-6

1,0x10-5

1,5x10-5

2,0x10-5

2,5x10-5

cu

rren

t (A

)

Time (sec)

d=90nm Misure d=90 nm FIT MINUIT d=10 nm Misure d=10 nm FIT MINUIT

39

Max Mobility : [10Max Mobility : [10 --22 --0.1] cm0.1] cm22/volt*sec /volt*sec Negative VNegative Vonon onset voltages : [onset voltages : [--3, 3, --1.5] V1.5] VContact Resistance effect at lower VContact Resistance effect at lower VDSDS

LOW VOLTAGE TRANSISTORS: HMDSLOW VOLTAGE TRANSISTORS: HMDS -- SiOSiO22 35nm 35nm

0 1 2 3 4 5 6

0.0

2.0x10-5

4.0x10-5

6.0x10-5

8.0x10-5

1.0x10-4

1.2x10-4

VGS

=-2V

VGS

=3V

VGS

=0V

VGS

=5V

I DS [A

]

DRAIN-SOURCE VOLTAGE [Volt]-4 -2 0 2 4

0.0

5.0x10-6

1.0x10-5

1.5x10-5

2.0x10-5

-6 -4 -2 0 2 4 61x10 -10

1x10 -9

1x10 -8

1x10 -7

1x10 -6

1x10 -5

1x10 -4

I DS [

A]

VGS

[V]

VDS

=1V

I DS [A

]

VGS

[V]

PDIF-CN2

-4 -2 0 2 4 6

0

1x10-6

2x10-6

3x10-6

4x10-6

-6 -4 -2 0 2 4 61x10 -9

1x10 -8

1x10 -7

1x10 -6

I DS [

A]

VGS

[V]

VDS

=1V

I DS [A

]

VGS

[V]

PDI8-CN2

Max Mobility Max Mobility values: values:

[10[10--3 3 –– 1010--22] ] cmcm22/volt*sec /volt*sec

Electrical Electrical features In Airfeatures In Air

PDIFPDIF--CNCN22 TRANSISTORS IN DEIONIZED HTRANSISTORS IN DEIONIZED H22O O VVDS DS lower than 0.6V to avoid water electrolysis effects lower than 0.6V to avoid water electrolysis effects -- VVGSGS: [: [ --2.5V, 5V]2.5V, 5V]

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

0.0

5.0x10-7

1.0x10-6

1.5x10-6

2.0x10-6

2.5x10-6

VGS

=-2V

VGS

=0V

VGS

=3V

I DS (

A)

VDS

(V)Output curves after 4 hours in H2O

-3 -2 -1 0 1 2 3 4 50

1x10-6

2x10-6

3x10-6

4x10-6

VDS

=0.6 V

AIR H

2O 1 min

H2O 5 min

H2O 10 min

H2O 30 min

H2O 60 min

H2O 120 min

H2O 180 min

H2O 240 minI D

S (

A)

VGS

(V)-3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

1x10-8

1x10-7

1x10-6

AIR H

2O 1 min

H2O 5 min

H2O 10 min

H2O 30 min

H2O 60 min

H2O 120 min

H2O 180 min

H2O 240 min

T IME

VDS

=0.6 V

I DS (

A)

VGS

(V)

0 50 100 150 200 250

0.010

0.015

0.020

Mob

ility

[cm

2 /vol

t*se

c]

Time in H2O (min)

0 50 100 150 200 2501x101

1x102

1x103

0 90 180 2701x10 -8

1x10 -7

1x10 -6

MINIMUM CURRENT MAXIMUM CURRENT

I DS (

A)

Time in H2O

ON

/OF

F R

atio

Time in H2O (min)

ViabilityViability of of HeLaHeLa cellscells on PDI8on PDI8 --CNCN22 filmsfilmsT6 PDI8-CN2SiO2Treat. polystyrene

Scale bar: 20 Scale bar: 20 µµmm

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

TreatedPoly-

stirene

SiO2T6 PDI-

8CN2

cells/

mm

2

Fluorescein

0

2

4

6

8

10

12

PI c

ells

(%

of

tota

lcell

s)

%Picells

Treated

Poly-stirene

SiO2T6 PDI-8CN

2

FDA-stained viable cells (green) PI-stained – dead cells (red)

CC

R=1/GR=1/G

RC parallel equivalent circuit is useful for RC parallel equivalent circuit is useful for the the directdirect investigationinvestigation ofof the the organicorganic film film electricalelectrical propertiesproperties

CωiGY += d

SC r

**0

εε=

d

SG

*σ=

ω= 2*π*ν , ν = [20Hz-1MHz]

Misure AC – lcr METER

DUT

)()()()()( ωωω

ωω ijZrZIVZ +==

ImpedanceImpedance

measurementmeasurementTOP

VIEWSIDE VIEW

BASIC SAMPLEBASIC SAMPLE

43

ac measurements

UDRRoom temperature

sA ωσωσ ⋅+= )0()(

1

0

)2

tan()( −∞ ⋅⋅+= s

r

sA ωπε

εωε

Extracted s~0.8

Poly[3-(4-alkoxyphenyl)-thiophenes] are conducting

polymers44

StudiesStudies on on nn--typetype single single crystalcrystal TFT : TFT : experimentalexperimentalDMPC (Univ. of Geneva, DMPC (Univ. of Geneva, profprof . A. . A. MorpurgoMorpurgo )) M.BarraM.Barra et al. APL 2012et al. APL 2012

Cytop; parallel stripes Ofet Single Crystal on SiO2 are worst than OFET with films

PICENE THIN FILM TRANSISTORS FABRICATED BY PICENE THIN FILM TRANSISTORS FABRICATED BY SuMBDSuMBD(in (in collaborationcollaboration withwith T. T. ToccoliToccoli , S. , S. IannottaIannotta –– CNRCNR--IMEMIMEM

SubmittedSubmitted toto AdvancedAdvanced FunctionalFunctional material )material )

PICENE Transistors on HMDSPICENE Transistors on HMDS -- Treated SiOTreated SiO 22 substratessubstrates

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20-3.0x10-4

-2.5x10-4

-2.0x10-4

-1.5x10-4

-1.0x10-4

-5.0x10-5

0.0

-80 -60 -40 -20 0

-2.5x10-5

-2.0x10-5

-1.5x10-5

-1.0x10-5

-5.0x10-6

0.0

I DS [A

]

VGS

[V]

I DS [A

]

VGS

[V]A B C D

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Mob

ility

[cm

2 /vol

t*se

c]

DEVICE TYPE

A: w=1000A: w=1000 µµm m L=100 L=100 µµmm

B: w=750B: w=750 µµm m L=75 L=75 µµmm

C:w=500C:w=500µµm m L=50 L=50 µµmm

D:w=250D:w=250µµm m L=50 L=50 µµmm

MaximumMaximum MobilityMobility in air : 1.2 cmin air : 1.2 cm 22//volt*secvolt*sec

MoleculeMolecule KineticKinetic Energy=Energy= 7.0 7.0 eVeV

MAPLE (Matrix Assisted Pulsed Laser Deposition)

Laser

Control system

Refrigeratingassembly

SpecrometerICCD

Vacuumchamber

In vacuum Polymer films-Multilayer

200 300 400 500 600 700 800

180°C

150°C

80°C

30°C

25°C

Spin Coating

CHCl3 solution

Ab

sorb

ance

Wavelength (nm)

Analisi UV/VIS

wavelength (nm)200 400 600 800

abso

rban

ce

π−π∗ transition peaks

main chains(VIS)

side chains (UV)

Poly[3-(4-alkoxyphenyl)-thiophenes]

EUMELANIN THIN FILMS DEPOSITED BY MAPLEEUMELANIN THIN FILMS DEPOSITED BY MAPLE

<date/time> <footer> <number>

NHOH

OHCOOH

NHOH

OHEUMELANIN

[O]

[O

DHI

DHICA

Melanin films on quartzsubstrates

FTIR SPECTRAFTIR SPECTRA

AFMAFMUVUV--VisVis spectraspectra

RoughnessRoughness vs Tvs T SUBSUB

AIRAIR--VACUUM VACUUM effectseffects on the on the electricalelectrical measurementsmeasurements

MAPLE SYSTEMMAPLE SYSTEM

Thin film heterostructure:morphological and structura l study

Thanks to Dr. Fabio Chiarella’s help

0 10 20 30 40 50

1x10-8

1x10-7

1x10-6

1x10-5

1x10-4

1x10-3

Hole currentenhancement

ElectronCurrentSaturation

Holes injected at Drain electrode

PDI T6:1nm/PDI T6:2nm/PDI , T6:4.5nm/PDI T6:7.5nm/PDI , T6:15nm/PDI T6

DR

AIN

-SO

UR

CE

ID

S [A

]

DRAIN-SOURCE VDS

[Volt]

OUTPUT CURVES

-60 -40 -20 0 20 40 60

0

1x10-5

2x10-5

3x10-5

4x10-5

5x10-5

6x10-5

7x10-5

PDI T6:1nm/PDI T6:2nm/PDI T6:4.5nm/PDI T6:7.5nm/PDI T6:15nm/PDI T6

DR

AIN

-SO

UR

CE

CU

RR

EN

T [A

]

GATE VOLTAGE [Volt]

TRANSFER-CURVES

T6/PDIT6/PDI--8CN8CN22TRANSISTORSTRANSISTORS

ORGANIC HETEROSTRUCTURE ORGANIC HETEROSTRUCTURE TRANSISTORSTRANSISTORS

HeterojunctionHeterojunction EffectEffect

T6T6-- HOMO 5eVHOMO 5eV

PDIPDI--8CN8CN22 –– LUMO LUMO 4.3 4.3 eVeV

(UPS (UPS measurementsmeasurementsRif. Rif. IannottaIannottaCNRCNR--IMEM)IMEM)T6 – Bottom layer:

thickness from 0 to15nm

PDI-8CN2 Top layer: thickness: 24 nm

ChargeCharge accumulationaccumulationat the at the

organicorganic//organicorganicinterfaceinterface

PRB 2012

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronica

AttivitAttivit àà di interesse e di interesse e possibili tesinepossibili tesine

51

-Crescita di film sottili di perilne dimide tramite evaporazione o Maple e caratterizzazione morfologica tramite AFM (studio della dimensione dei grani e della rugosità)

-Misure di conducibilità (d.c. e/o ac) mobilità e resistenza di contatti utilizzando diverse tipologie di dispositivi

INVESTIGATED PERYLENE MOLECULESINVESTIGATED PERYLENE MOLECULES

PDIFPDIF--CNCN22

POLYERA POLYERA

ACTIV INK: N1100ACTIV INK: N1100

EELUMOLUMO==--4.5 4.5 eVeV

PDI8PDI8--CNCN22

POLYERA POLYERA

ACTIV INK: N1200ACTIV INK: N1200

EELUMOLUMO==--4.3 4.3 eVeV

Thickness SiO2: 200 or 35 nm

SiO2

OrganicOrganic filmfilm AuAu -- SOURCESOURCE

Si++ (GATE)

AuAu -- DRAIN DRAIN

BOTTOM CONTACT BOTTOM CONTACT BOTTOM GATEBOTTOM GATE

TRANSISTOR CONFIGURATIONTRANSISTOR CONFIGURATION JOULEJOULE--EVAPORATION BY EVAPORATION BY

KNUDSEN CELLSKNUDSEN CELLS

SubstrateSubstrate TempTemp. = 100 . = 100 °°CC

EvapEvap. . rate=rate= 1nm/min1nm/min

Film Film ThicknessThickness: 30 : 30 nmnm

M. Barra et al.Organic Electronic 2012

PDI8PDI8--CNCN22 and PDIFand PDIF --CNCN2 2 FILM MORPHOLOGYFILM MORPHOLOGY

BARE –SiO2

PDI8-CN2

PDIF-CN2

HMDS –SiO2

PDI8PDI8--CNCN22 and PDIFand PDIF --CNCN2 2 TRANSISTORS: SiOTRANSISTORS: SiO 22 200nm 200nm

TRANSISTOR µµlinlin (cm(cm 22//volt*secvolt*sec ))(VDS=5V)

µµsatsat ((cmcm 22//volt*secvolt*sec ))(VDS=50V)

PDI8PDI8--CNCN22 -- BAREBARE (1 (1 -- 2) * 102) * 10--22 (2 (2 -- 3) *103) *10--22

PDI8PDI8--CNCN22 -- HMDSHMDS (1 (1 -- 2) * 102) * 10--22 (2 (2 -- 3.5) * 103.5) * 10--22

PDIFPDIF--CNCN2 2 –– BARE BARE (2 (2 -- 8) * 108) * 10--44 (1 (1 -- 2) * 102) * 10--33

PDIFPDIF-- CNCN2 2 ––HMDSHMDS 0.2 0.2 -- 0.40.4 0.3 0.3 -- 0.60.6

0 10 20 30 40 50

0

1x10 -3

2x10 -3

3x10 -3

4x10 -3

VGS

=-10V V

GS=0V

VGS

=10V V

GS=20V

VGS

=30V V

GS=40V

I D

S (

A)

VDS

(V)

The gold leads were 2µm thick and each in a distance of 2µm. The measurements were carried out, by contacting the first and second lead , first and third lead etc.

The red curve represents the smallest distance (2µm),with increasing distance, the color

of the curves are brighter.

Misure in piano di conducibilità elettrica problema della resistenza di contatto

Misure trasverse di conducibilità /Studio di proprietà bulk

Problematica resistenza di contatto

Saturation effect In Saturation effect In vacuum after about vacuum after about

2*102*1055 secsec

INVESTIGATION ON BIAS STRESS IN NINVESTIGATION ON BIAS STRESS IN N --TYPE SINGLETYPE SINGLE--CRYSTAL TRANSISTORSCRYSTAL TRANSISTORS

PDIPDI--FCNFCN22 single crystals single crystals –– DMPC (Univ. of Geneva, DMPC (Univ. of Geneva, profprof . A. . A. MorpurgoMorpurgo ))

MeasurementMeasurement in air: in air: lessless thanthan 9% 9% currentcurrentreductionreduction after one week of after one week of continuouscontinuous VVGSGS

applicationapplication -- FitFit model : model : stretchedstretched exponentialexponential

I(t)=II(t)=I00*exp(*exp( --(t/(t/ττττττττ))ββββββββ) ) →→ ττττττττ = 2*10= 2*1099 secsec

0 20 40 60 80

0.0

2.0x10-6

4.0x10-6

6.0x10-6

8.0x10-6

1.0x10-5

1.2x10-5

1.4x10-5 V

GS=0V

VGS

=10 V V

GS=20 V

VGS

=30 V V

GS=40 V

VGS

=50 V V

GS=60 V

VGS

=70 V V

GS=80 V

I DS C

UR

RE

NT

[A]]

GATE VOLTAGE [Volt]-20 0 20 40 60 80

0

1x10-6

2x10-6

3x10-6

4x10-6

-20 0 20 40 60 801x10-12

1x10-10

1x10-8

1x10-6

I DS C

UR

RE

NT

[A]]

GATE VOLTAGE [Volt]

VDS

=10V

I DS C

UR

RE

NT

[A]]

GATE VOLTAGE [Volt]

µ ~ 2/3 cm2/volt*sec

BIAS STRESS: I(t) BIAS STRESS: I(t) measurementsmeasurements

Best fit -Bias Stress curve for different gate voltage

VGS Par.

20 30 40 50

ϰ^2/N dat 0.55 0.64 1.06 1.98

Stretched-exponential

Fit parameters

Ids decay for longer time (t= 2x 105)

I(t)/I(0) < 20%

Saturation effect occur

(GATE )DRAINDRAIN

Organic

Dielectric

SOURCESOURCE LCR meter

VVacac*sin*sin((ωωt)t)+V+Vdcdc-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

8.80x10-10

9.00x10-10

9.20x10-10

9.40x10-10

9.60x10-10

9.80x10-10

1.00x10-9

1.02x10-9

1.04x10-9

1.06x10-9

Accumulation

Freq=100Hz

CA

PA

CIT

AN

CE

[Far

ad]

Bias voltage [Volt]

Misura CMisura C --V DEI FET ORGANICI : S e D cortocircuitatiV DEI FET ORGANICI : S e D cortocircuitati

102 103 104 105

8.0x10-10

9.0x10-10

1.0x10-9

VG=-40

VG=-35

VG=-30

VG=-25

VG=-20

VG=-15

VG=-10

VG=+20

VG=+40

CA

PA

CIT

AN

CE

[FA

RA

D]

FREQUENCY [Hz]

59

Semiconduttori organici per elettronicaSemiconduttori organici per elettronicaRISPOSTA AC DEI FET ORGANICIRISPOSTA AC DEI FET ORGANICI

ToolTool forfor ContactContact ResistanceResistanceextractionextraction

-40 -35 -30 -25 -20 -15

105

106

CO

NT

AC

T -

CH

AN

NE

L R

ES

[ΩΩ ΩΩ

]

GATE VOLTAGE [VOLT]

Valori RCH

capacità Valori R

C capacità

103 104 1050.0

2.0x10-11

4.0x10-11

6.0x10-11

8.0x10-11

1.0x10-10

1.2x10-10

1.4x10-10

1.6x10-10

Vg=-40 Vg=-35 Vg=-30 Vg=-25 Vg=-20 Vg=-15

ANGULAR FREQUENCY [s -1]

Cap

acita

nce

[Far

ad]

( ) ( )( ) ( )

2

2 2

1

1

I I c R c I I R I c I c R

I c I c R I c R c I

C C CC

C C

ω λ χ λ ωτ λ λ ω χ λ ωτ λ

ω χ λ ωτ λ ω χ λ ωτ λ

⋅ + + − − = − − + +

( ) ( )( ) ( )

2 2

2 2

1

1

I R c R c I I I I c I c R

I c I c R I c R c I

C C CG

C C

ω λ χ λ ωτ λ ω λ ω χ λ ωτ λ

ω χ λ ωτ λ ω χ λ ωτ λ

⋅ + − − − = − − + +

c c cR Cτ =( )21

cc

c c

R

C Rχ

ω=

+

Dove:

CI=WLCL

60

Esperienze effettuate 2008 e 2009

VG (V) CI (F) CC (F) RC (Ω) Rch (Ω) χ2

-40 (156,9 ± 0,7)E-12 (8,93 ± 0,10)E-12 (10,8 ± 0,2)E4 (22,7 ± 0,2)E4 10-35 (156,0 ± 0,7)E-12 (9,0 ± 0,2)E-12 (13,8 ± 0,2)E4 (25,6 ± 0,3)E4 17-30 (155,1 ± 0,8)E-12 (9,6 ± 0,2)E-12 (20,1 ± 0,2)E4 (31,7 ± 0,5)E4 39

-25 (154,1 ± 0,8)E-12 (10,3 ± 0,2)E-12 (34,2 ± 0,2)E4 (162,4 ± 1,7)E4 43

-20 (150,0 ± 1,2)E-12 (11,66 ± 0,12)E-12 (77,7 ± 0,8)E4 (278 ± 3)E4 45

Misure di capacità e di conduttanza con LCR meter e probe station al variare della frequenza e della temperatura

-Fit simultaneo su C e G con estrazione di 4 parametri Rc, Cc,Rch,Cch ;Utilizzo di MINUIT ( librerie CERN)

L’ Esperienza e’ una piccola attività di ricerca che puo’eventualmente anche essere pubblicata:

61