Investigation of Graphene as Electrode in n-type Organic Field-Effect Transistors and its Use in Nanometric Devices

L'attenzione scientifica recente si è concentrata sulle potenzialità dell'elettronica organica, in particolare sulla produzione di dispositivi flessibili e a basso costo. I transistor a effetto di campo organici (OFET) hanno mostrato miglioramenti significativi, competendo con i transistor a film sottile in silicio amorfo. Tuttavia, è necessaria un'ulteriore ottimizzazione per massimizzare le correnti di uscita e le frequenze di commutazione. La mobilità di carica è un aspetto cruciale per il miglioramento delle prestazioni degli OFET. Un approccio alternativo è la riduzione delle dimensioni del canale, che porta a effetti di corto canale. La grafene, un materiale a base di carbonio, è emersa come un promettente materiale elettrodico grazie alla sua conducibilità elettrica e stabilità chimica. La tesi si propone di investigare l'uso del grafene come elettrodo in OFET basati su diammidi tetracarossiliche di perilene, evidenziando il suo ruolo nella mitigazione degli effetti di corto canale.

Il capitolo analizza i principi di funzionamento degli OFET, con particolare attenzione ai semiconduttori organici. Si distingue tra semiconduttori di tipo n e p, evidenziando le proprietà di PDIF-CN2 e PDI8-CN2. Le caratteristiche corrente-tensione sono fondamentali per comprendere il comportamento dei dispositivi. Inoltre, si discute l'importanza delle interfacce elettrodo/semiconduttore e delle resistenze di contatto, che influenzano le prestazioni degli OFET. La riduzione delle dimensioni laterali degli OFET è un tema centrale, poiché comporta sfide legate agli effetti di corto canale. La grafene è presentata come una soluzione innovativa per migliorare le prestazioni dei dispositivi, grazie alle sue proprietà uniche.

Questo capitolo si concentra sull'uso del grafene come materiale elettrodico in architetture nanometriche. Viene analizzata la caratterizzazione morfologica e elettrica degli elettrodi in grafene rispetto a quelli in oro. Le condizioni di drogaggio degli elettrodi in grafene CVD sono esplorate per ottimizzare le prestazioni. Si evidenzia come il grafene possa mitigare gli effetti di corto canale, migliorando l'operatività dei transistor a canale corto. Le prestazioni dei dispositivi a base di PDI8-CN2 sono analizzate, dimostrando l'importanza della grafene nel migliorare le caratteristiche di capacità e frequenza di taglio.

Il capitolo finale discute le interfacce tra grafene e materiali organici, utilizzando tecniche come la microscopia a forza di scansione Kelvin. Si analizzano gli effetti di contatto nei dispositivi micrometrici e le proprietà di trasporto degli elettrodi in grafene CVD. La spettroscopia di superficie è utilizzata per caratterizzare le interfacce organico/grafene, fornendo informazioni cruciali sulle proprietà elettriche. La comprensione di queste interfacce è fondamentale per ottimizzare le prestazioni dei dispositivi elettronici organici. La grafene emerge come un materiale chiave per il futuro dell'elettronica organica, grazie alla sua versatilità e alle sue eccellenti proprietà fisiche.