Organik Yarıiletkenler

Bir organik materyal olan poliasetilenin katkılanmak suretiyle iletken hale geldiğinin gözlemlenmesinden sonra organik malzemelere olan ilgi artmış ve "organik elektronik" olarak isimlendirilen yeni bir araştırma alanın doğmasına neden olmuştur. Bu araştırmacılar yaptıkları bu çalışma ile 2000 yılında nobel kimya ödülünü paylaşmışlardır [157]. Organik materyaller inorganik muadillerine göre bazı avantajlara sahiptir. Bu avantajlar; yüksek ısıl işlem gerektirmemeleri, ucuz altlıkların kullanılmasına olanak sağlamaları (plastik gibi), birim maliyetin inorganiklere göre daha az olması, molekül yapılarında yapılacak küçük değişimlerle oldukça farklı fiziksel özelliklerde malzemelerin sentezlenmesine imkân vermeleri şeklinde sıralanabilir [158]. Bu avantajlar bugün özellikle bükülebilir ve esnek elektronik aygıtların üretimi için önemli bir fırsat sunmaktadır [159]. Organik materyal tabanlı aydınlatma teknolojisi yani organik ışık yayan diyotlar ticari olarak hayatımıza girmiş bulunmaktadır. Hali hazırda piyasada satışa sunulan kavisli ekrana sahip televizyonların ekran teknolojisi buna dayanmaktadır. Bunun yanında organik transistörlerin halen ticarileşmemiş olmasının nedenleri arasında organik materyallerin inorganiklere nazaran daha düşük yük haraketliliğine sahip olması, atmosfer koşullarında kararsız olmaları gibi nedenler sıralanabilir [160]. Sıralanan bu problemlerin çözülebilmesi halinde organik tabanlı elektronik aygıtların hâlihazırda kullanılan inorganiklere rakip olacağı aşikârdır.

Organik materyaller genel itibariyle amorf yapıda olup iletkenlikleri düşüktür. Dolayısıyla bu materyallerin iletkenliklerini iyileştirmek maksadıyla sentez aşamasında molekülün ana iskelet yapısına çeşitli gruplar bağlanmakla birlikte kristal organik moleküllerin sentezi üzerinde de yoğun olarak çalışılmaktadır. Kristallenebilen organik moleküllerin sentezi organik nanotel/çubuk, mikrotel/çubuk veya nano/mikro yapıların üretimini mümkün hale getirmiştir. Bu alanda yapılan çalışmalar literatürde oldukça kısıtlıdır. Bunun en öenmli nedeni kristallenebilen organik moleküllerin sentezinin zor olmasıdır. Organik materyallerden nano/mikro yapıların üretimi ve aygıt uygulamaları ince film aygıt uygulamalarından daha iyi sonuçlar verdiği ileri sürülmüş nitekim yapılan çalışmalar da bunu ispatlamıştır [30]. Bunun nedeni nano/mikro yapılı aygıtlarda yük taşıyıcılarının hareketini sınırlayan tanecik sınırlarının (grain boundary)

24

etkisinin ince filmlere nazaran daha küçük olmasıdır [30].

1.1.5.1 Tris (8-hydroxyquinolinato) aluminium (Alq3)

Alq3 küçük moleküllü organik bir malzemedir. Alq3’ün moleküler yapısı şekil 1.17 (a) da enerji seviyeleri de şekil 1.17 (b) de gösterilmiştir. Özellikle organik ışık yayan diyotlarda kullanılan bu molekül, görünür bölgede yeşil ile kırmızı renkler arasındaki dalga boylarında ışık yaymaktadır [161,162]. Alq3 molekülü kullanılarak üretilen ilk OLED ten bu yana bu molekül optoelektronik uygulamalarında ciddi manada kullanılmaya başlanmıştır [163]. Alq3 molekülü kloroform içerisinde iyi çözünebildiğinden bu molekülden ince film veya çözelti bazlı nano/mikro tel büyütmek oldukça kolaydır. Bunun yanında termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak da ince film yapmaya oldukça uygun bir moleküldür. Alq3 molekülü ince film halinde oldukça düşük bir yük hareketliliğine sahiptir [164]. Nanotel veya mikrotel halinde sahip olduğu yük hareketliliği hakkında literatürde herhangi bir çalışma bulunmamaktadır.

1.1.5.2 Fulleren (C60)

Fulleren (C60) 1960 lı yıllarda bir grup kimyacı tarafından keşfedilmiş olup bu keşif

1985 yılında bu araştırmacılara nobel kimya ödülünü kazandırmıştır [167]. Fulleren

25

karbon atomunun bilinen allotroplarından birisidir. Bilindiği gibi karbonun birçok allotropu mevcut olup bunlar; grafit, karbon nanotüp, grafen, C60, C70 vb. gibi

yapılardır. Karbonun bu allotroplarının keşfi ile beraber aygıt uygulamaları üzerinde çok ciddi çalışmalar yapılmış olup halen artan bir ivme ile devam etmektedir [168-170]. 2010 yılında nobel fizik ödülüne layık görülen çalışmalar grafen üzerine yapılan çalışmaları içermekte idi. Fulleren materyalinin literatürde güneş pillerinde [171], alan etkili transistörlerde [172], ışık yayan diyotlarda [173] kullanıldığı bilinmektedir. Fulleren organik çözücülerde çok iyi çözünmeyen veya bu molekülü çözebilecek sınırlı çözücülerin olmasından dolayı çözelti bazlı çalışmalarda ince film büyütmek ile ilgili zorluklarla karşılaşılabilir. Özellikle çözelti bazlı nano/mikro yapıların oluşturulması durumunda kullanılan çözücülerin (klorobenzen gibi) yüksek kaynama noktasına sahip olmaları karşılaşılan bir başka zorluktur. Literatürde yapılan çalışmalardan bildiğimiz kadarıyla C60 nanotel aktif katmanlı transistörlerde elde edilen maksimum yük

hareketliliğinin 11 cm2

/V.s değerine ulaştığı rapor edilmiştir [102]. Fullerenin molekül yapısı ve enerji band diyagramı sırasıyla şekil 1.18 (a) ve (b) de verildiği gibidir.

Şekil 1.18 a) Fulleren molekülünün molekül yapısı ve b) enerji band diyagramı

[174,175].

26

1.1.5.3 Ftalosiyaninler (Pc) ve Porfirazinler (Pz)

Ftalosiyaninler 1900 lü yıllarda keşfedildiğinden bu yana dikkat çeken organik malzeme gruplarından birini oluşturmuştur. Genellikle mavi-yeşil renkli toz halinde sentezlenirler. Özellikle elektron transfer özelliklerinden dolayı üzerinde yoğun bir şekilde çalışılan organik malzemeler arasında yeralır. Ftalosiyaninler moleküler elektronik, optoelektronik ve fotonik gibi birçok alanda uygulama alanı bulmaktadırlar. Ftalosiyaninler metalli ve metalsiz olmak üzere ikiye ayrılır. Metalli fitalosiyaninler MPc ve metalsizler ise H2Pc olarak sembolize edilirler [176,177]. Porfirazinler (Pz) 1930 lu yıllarda keşfedilmiş olup bu yapılar klorofil, hemoglobin miyoglobin gibi yapıların fonksiyonel kısımlarında yeraldığından dolayı ilgi çekici organik bileşiklerdir. Fitalosiyaninlerle karşılaştırıldığında daha iyi çözünürlük göstermeleri nedeniyle son yıllarda artan bir hızla üzerinde çalışılan moleküller arasındadır. Yine fitalosiyaninler gibi metalli (MPz) ve metalsiz (H2Pz) olmak üzere iki grupta toplanabilirler. Pekçok yönüyle fitalosiyaninlere benzemekle beraber metalsiz porfirazinler porfirin ve fitalosiyanin arasında özellik taşırlar.

Şekil 1.19 da metalli ftalosiyanin ile metalsiz porfirazine ait moleküler yapı verilmiştir.

Şekil 1.19 Metalli ftalosiyanin ve metalsiz porfirazin moleküllerine ait molekül yapılar.

27