Функциональные производные индиго как перспективные

Функциональные производные индиго как перспективные
полупроводниковые материалы для органических полевых
транзисторов
Лешанская Л. И. 1, Климович И. В. 1, Троянов С. И. 2, Анохин Д. В. 1,
Новиков Д. В. 1, Иванов Д. А. 3, Дремова Н. Н. 1 и Трошин П. А. 1
Институт проблем химической физики РАН, Россия
1
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия
2
Institut de Science des Matériaux de Mulhouse, Франция
3
Биосовместимые и биоразлагаемые материалы могут найти
применение в различных областях. Уже созданы прототипы биомедицинских
электронных устройств, сенсоров, меток радиочастотной индетификации.
Для комплементарных электрических схем требуются транзисторы как с pтипом, так и с n-типом проводимости. Органических полупроводников pтипа с хорошими характеристиками разработано достаточно много. В то же
время,
число
полупроводников
n-типа
с
удовлетворительными
характеристиками весьма ограничено. Основной проблемой практического
использования полевых транзисторов n-типа является нестабильность их
работы на воздухе.
В последнее время в качестве компонентов транзисторов широко
исследовались природные соединения [1]. Так, было показано, что индиго и
его производное, известное как «тирский пурпур» (6,6'-диброминдиго),
проявляют полупроводниковые свойства в полевых транзисторах и являются
перспективными материалами для амбиполярных полевых транзисторов [2].
В нашей работе были тщательно изучены свойства незамещенного индиго и
серии его функциональных производных, специально разработанных для
использования в качестве стабильных полупроводниковых материалов в
органической электронике [3,4]. Особое внимание уделено исследованию
закономерностей формирования полупроводниковых пленок на границе с
диэлектриком, где, как известно, осуществляется основной транспорт
носителей зарядов при работе транзисторов.
Изучение тонких пленок индиго, выращенных на разных по своей
природе диэлектриках, позволило получить важные результаты [3].
Установлено, что на поверхности подложек, покрытых алифатическими
углеводородами (парафин, тетраконтан) индиго формирует новую
«поверхностную» кристаллическую структуру, отличную от классической
«объёмной». Новая модификация индиго характеризуется уменьшенным
углом наклона молекул по отношению к нормали с 48° до 28°, что облегчает
латеральный транспорт носителей зарядов в этих пленках и приводит к
резкому улучшению электрических характеристик полевых транзисторов.
Разработанный подход, основанный на использовании алифатических
диэлектриков в качестве темплатов, обеспечивающих формирование
заданной структуры полупроводника, открывает новые возможности для
дизайна высокоэффективных органических полевых транзисторов и
электронных схем.
Нами были синтезированы и исследованы более десяти различных
функциональных производных индиго. Установлена их кристаллическая
структура в тонких пленках (поверхностная) и в монокристаллах (объемная).
Было выявлено влияние химической функционализации молекулы индиго на
энергии граничных орбиталей получаемых производных.
Найдены фундаментальные корреляции между молекулярным
строением производных индиго, структурой их тонких пленок, зарядовотранспортными свойствами и параметрами их работы в качестве
полупроводниковых материалов в органических полевых транзисторах.
Важным результатом было понижение уровня НСМО производных индиго за
счет введения электроноакцепторных групп в ядро молекулы индиго. В
результате были получены полупроводниковые материалы n-типа,
обеспечивающие стабильную работу полевых транзисторов на воздухе в
течение более чем двух месяцев [4].
Таким образом, мы показали, что химическая функционализация
индиго открывает широкие возможности для дизайна новых перспективных
полупроводниковых материалов для органической электроники.
[1] M. Irimia-Vladu, E. D. Glowacki, G. Voss, S. Bauer, N. S. Sariciftci, Mater. Today, 2012,
15, 340;
[2] M. Irimia-Vladu, P. A. Troshin et al., Adv. Mater., 2012, 24, 375; E. Glowacki et al., AIP
Advances, 2011, 1, 042132;
[3] D. V. Anokhin, L. I. Leshanskaya, A. A. Piryazev, D. K. Susarova, N. N. Dremova, E. V.
Shcheglov, D. A. Ivanov, V. F. Razumov, P. A. Troshin, Chem. Commun., 2014, 50, 7639;
[4] I.V. Klimovich, L. I. Leshanskaya, S. I. Troyanov, D. V. Anokhin, D. V. Novikov,
A. A. Piryazev, D. A. Ivanov, N. N. Dremova, P. A. Troshin, J. Mater. Chem. C, 2014, 2, 7621.