固定pentacene厚度 改變PTCDI-C8 厚度

首先，為了確定PTCDI-C8 的厚度是否造成影響，我們固定pentacene厚度在 30nm，

依序改變PTCDI-C8 厚度為 5nm、10nm、20nm和 30nm，利用PN結構製作在有修飾PMMA 的SiO2基板上，製作完的元件拿到大氣環境下進行量測，得到圖4-10 和圖 4-11。

從圖 4-10 不同PTCDI厚度的Ambipolar OTFT ID-VD特性曲線中，可以很明顯的發 現，當Ambipolar OTFT操作在負偏壓，閘極電壓為 60 伏特時，5nm元件的汲極電流可 達-50μA，但隨著PTCDI-C8 厚度增加，電流會依序遞減，30nm元件收集到的電流只剩 下-1μA，顯然地，p-channel的電性被PTCDI-C8 厚度壓抑，而操作在正偏壓時，PTCDI-C8 厚度在 10nm以上的元件所收集到的電流相差不大，都約在 9μA左右，厚度 5nm的元件 電性則是有一段落差，汲極電流只有 4μA，這是因為PTCDI-C8 主動層厚度太薄會影響 電子通道的累積，導致n-channel的電性不佳。接著，觀看圖 4-11 不同PTCDI厚度的 Ambipolar OTFT ID-VG特性曲線比較，發現PTCDI-C8 厚度增加，Ambipolar OTFT的 p-channel電晶體特性越難開通，厚度越厚的ID-VG特性曲線所需要的開啟電壓越大，反觀 操作在n-channel區域時，只有厚度 5nm的元件在閘極電壓為 80 伏特、汲極電壓為 30 伏 特收集到的電流有落差，其他厚度的曲線則差異不大。此外，我們從這兩張圖發現 penatacene為 30nm而PTCDI-C8 為 20nm的Ambipolar OTFT操作在p-與n-channel時，同樣 的偏壓值有比較匹配的電流，之後會將此條件的電晶體應用在inverter。

-60 -40 -20 0 20 40 60

Drain C u rrent I

(

A)

Drain Voltage V

(V) D rain Current I

(

A)

pentacene =30nm

D rain Current I

(

A)

pentacene =30nm

-60 -40 -20 0 20 40 60

PTCDI-C8 =20nm V

G= 0V

Drain Current I

(

A)

Drain Voltage V

(V) D rain Curr ent I

(

A)

pentacene =30nm

Drain Current I

(

A)

Drain Voltage V

(V) D rain Curr ent I

(

A)

pentacene =30nm

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Drain Current I D (A)

Gate Voltage V_G (V) Drain Current I D (A)

V_D= -30V V

計算上述Ambipolar OTFT元件的載子遷移率，得到Table4-3 和圖 4-12，以n-channel 電性來看，PTCDI-C8 厚度大於 10nm的元件，electron mobility都約在 8.0x10^-2 cm²/Vs附 近，厚度5nm的元件相對只有一半，反觀p-channel電性，hole mobility則隨著PTCDI-C8 厚度增加而衰減，以這四個厚度條件的元件做比較，10nm元件的electron mobility可達 8.0x10^-2 cm²/Vs而hole mobility也有 2.24x10^-1 cm²/Vs為最佳，而 20nm元件的electron mobility和hole mobility則最接近。

表4- 3 整理不同 PTCDI-C8 厚度 Ambipolar OTFT 元件的載子遷移率

0 5 10 15 20 25 30 0.00

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

fi eld- ef fect mob ilit y

cm

Vs

PTCDI-C8 thickness(nm)

hole electron

圖4- 12 Ambipolar OTFT 元件的載子遷移率與 PTCDI-C8 厚度的關係

為了找出 PTCDI-C8 厚度改變元件載子遷移率的原因，我們試著利用 AFM 掃描 PTCDI-C8 厚度為 5nm、10nm、20nm 和 30nm 以及 penatacene 成長在這些厚度上方的表 面 ， 圖 4-13 和 圖 4-14 為 上 述 條 件 的 表 面 形 貌 。 從 圖 4-13 可 以 很 清 楚 地 發 現 PTCDI-C8≧10nm 時，有細長的橢圓形晶粒產生，晶粒與晶粒間互相重疊，電子可在這 些晶粒間傳輸，但是 PTCDI-C8 只有 5nm 的厚度時，卻不足以產生這些晶粒，導致 electron mobility 下降，此外，PTCDI-C8 厚度越厚，表面粗糙度也會越大，pentacene 在 較粗糙的表面的電晶體特性也會比較差。接著看圖 4-14，pentacene 成長在 PTCDI-C8 上方的表面形貌會有些類似於 PTCDI-C8 晶粒的雜質出現(圓圈圍住的區域)，隨著 PTCDI-C8 厚度的增加，這些雜質出現的比例也越多，影響了 pentacene 晶格的排列，也 進而影響到Ambipolar OTFT 的 p-channel 電性，電洞不容易傳輸，使得 hole mobility 變 小。

圖4- 13 不同PTCDI-C8 厚度成長在有修飾PMMA的SiO2基板上的表面形貌圖(3×3μm²)

圖4- 14 pentacene(30nm)成長在不同PTCDI-C8 厚度上的表面形貌圖(3×3μm²)

此外我們將這些試片拿去做XRD 繞射分析觀看是否會有所變化，圖 4-15(a)中的 A 線為 pentacene(30nm)成長於 PMMA 上方的 X-ray 繞射圖譜，在 5.69°、11.43°、17.19°

和23.01°有偵測到繞射光，代表在這些角度有晶格排列， F 線為 PTCDI-C8(30nm)成長 於PMMA 上方的 X-ray 繞射圖譜，只有在 4.35°的位置有晶面產生，B、C、D、E 線則 是pentacene(30nm)與 PTCDI-C8(5nm、10nm、20nm、30nm) double layer 的 X-ray 繞射 圖譜，發現除了擁有 pentacene 的晶格排列，也有 PTCDI-C8 的晶面產生，且隨著 PTCDI-C8 厚度增加，在繞射角度 4.35°附近所偵測到的繞射強度也更強，這是可以預見 的，因為厚度越厚代表可排列的晶面越多，繞射光當然會增強，但是pentacene 在 5.69°

附近的第一波峰繞射強度卻因為PTCDI-C8 厚度增加而有明顯的減少(圖 4-16(b))，這表 示 pentacene 成長在較厚的 PTCDI-C8 上方時，晶格的排列確實被影響而變差，與之前 的AFM 分析有相同的結果。

Log Intensity (a.u.)

2θ (deg.)

Intensity (a.u.)

2θ (deg.)

B

(a)

圖 4- 15 (a)X-ray 繞射圖譜(A 為 pentacene 30nm、B、C、D、E 為 pentacene30nm 而 PTCDI-C8 分別為 5nm、10nm、20nm、30nm 和 F 為 PTCDI-C8 30nm 之圖譜), (b)B、C、

D、E 的 pentacene 晶格第一繞射主峰比較圖