Poli (metil-metakrilat) (PMMA)

OFET içeren birçok polimer elektronik cihaz, mekanik olarak esnek kapı dielektrik katmanlarına ihtiyaç duyarlar. Maalesef, inorganik dielektrik filmler yüksek kaplama sıcaklıklarından ve mekanik esneklik yoksunluğundan olumsuz etkilenirler. Polimer kapı dielektrik malzemeleri, döndürmeli kaplama, püskürtmeli kaplama veya vakumlu kaplama gibi kaplama teknikleri ile kolayca kaplanabilir ve çok iyi şekil alır. PMMA, çeşitli polimerizasyon mekanizmaları ile

yaygın olanı, metil metakrilat (MMA) monomerinin serbest radikal polimerizasyonudur [238,239].

Şekil 3.34. PMMA’nın molekül yapısı [238].

PMMA’nın, son derece yüksek elektriksel özdirence ( 15

2 10 cm

   ), iyi

dielektrik özelliğe (10 kHz’de 3,6-5,1) [240] ve yüksek erime noktasına (230ºC) sahip olduğu bildirilmiştir. Bu özellikler, onu polimer ailesinde en iyi dielektrik katsayısına sahip bir malzeme haline getirir. PMMA, inorganik asitlere ve alkalilere karşı yüksek direnç gösterir. Ayrıca, yeniden üretilebilme özelliğine sahiptir ve bozunmaya karşı kararlıdır. Bununla birlikte küçük kaçak akımı, yüksek parçalanma potansiyeli, termal ve mekanik kararlılık gösterir. Duruma bağlı olarak, PMMA çözeltisi hazırlamak için, anizol, klorobenzen ve etil asetat gibi çözücülerden uygun bir çözücü seçebiliriz [239]. Çözelti, döndürmeli kaplama gibi çeşitli kaplama metotları ile kaplanabilir ve sonrasında oluşan film içinde kalan çözücü uygun bir sıcaklıkta buharlaştırılmalıdır..

BÖLÜM 3. OFET ÜRETİMİ

OFET üretiminin, vakum kaplama ve çözelti tabanlı kaplama olmak üzere iki temel metodu vardır. Vakum kaplama ile üretiminde, ilk olarak, çok yüksek veya ultra yüksek bir vakum odasında azaltılan basınç altında organik yarıiletken bir malzemenin veya OFET’lerde kontak olarak kaplanan metalin ısıtılması gerekir. Küçük moleküllerin düşük ağırlıklarının onları kolay buharlaşabilir hale getirmesinden dolayı, bu teknik genellikle küçük moleküllere ve çözelti olarak hazırlanamayan metallere uygulanabilir. Ayrıca, organik malzemeleri vakumla buharlaştırma girişimleri, yüksek sıcaklıklarda parçalayarak organik malzemeleri ayrıştırmayı hedefler. Bu teknik, filmin saflığının ve kalınlığının kolay kontrolü açısından avantajlıdır. Yüzeyin sıcaklığının ve kaplama oranının tam kontrolü de oldukça düzenli filmler için bu teknik sayesinde mümkün olabilir [132]. Vakumlu kaplama sayesinde özellikle pentasen ile önemli başarılar gerçekleştirilmiştir. Bu yolla yapılan üretimlerde, ilk organik yarıiletkenin mobilitesi 2 1 1

1 ,

0 cm V^ s^ ’den daha büyük bir değere ulaşmıştır [241] ve vakum buharlaştırma ile o yarıiletkenin, daha yüksek mobilite ve mükemmel kristalik özellik gösteren küçük molekül olarak kullanıldığı görülmüştür. [242,243]. Vakum buharlaştırmalı malzemeler ile böyle umut verici bir çalışma, 2 1 1

2 ,

17 cm V^ s^ kadar yüksek mobilite gösteren günümüz çalışmalarına öncülük etmiştir [244]. Bu yüzden, çözelti tabanlı kaplama ile organik filmlerin oluşturulmasına yönelik çalışmalara yoğunlaşılmıştır. Bu tezde kullanılan organik malzemeler, çözelti tabanlı kaplamanın bilinen avantajlarından dolayı çözülebilir organik yarıiletken malzemelerden seçilmiştir. Ancak yalıtkan katman olarak tek bir cihazda SiO2

kullanılmıştır.

Çözelti tabanlı kaplama işlemi, organik yarıiletkenlerin en çok umut verdiği, esnek yüzeyleri ve geniş alanları kaplamayı sağlayan kolay yollardan biridir.

kaplama teknikleri sayesinde gerçekleştirilmesi, kesme kaplama [245] ve hava dokuma [246] gibi tekniklerin gelişmesine yol açmıştır. Damla kaplama ve baskı teknikleri rulodan ruloya işleminin öncüsü iken, özellikle spin kaplama sayesinde çok homojen filmler elde edilebilir. Çözelti tabanlı kaplama işleminin organik yarıiletkenin çözülebilir olmasını gerektirmesi özellikle küçük moleküllere uygulamasını zorlaştırır. Ancak, moleküllere çözülemez bileşiklerin aksine çözülebilir grupların eklenmesiyle problemin üstesinden gelinebilir. Bu metot, pentasenin çözülebilir bir uzantısı olan TIPS pentasen gibi malzemeler ile bazı başarılar sağlamıştır [247]. Farklı üretim avantajlarından dolayı çözelti tabanlı kaplama işlemi ile üretilen OFET’in en yüksek mobilite performansı sağlaması dikkatleri bu metodun üzerine çekmiştir [248]. Temelde iki farklı üretim metodu olmasına rağmen, OFET’lerin büyük çoğunluğu genellikle benzer dört temel cihaz mimarisini paylaşır (Şekil 3.1). Şekil 3.1 (a) ve (c)’de alt kontak cihazları (BC), genellikle dielektrik üzerine veya alttaş üzerine kaynak Savak elektrotlarının litografi veya gölge maskesi tekniği kullanılarak kaplanması yoluyla üretilir. Organik yarıiletken doğrudan, kaynak Savak elektrotlarının üstüne kaplanır ve elektrotların arasındaki boşluk (kanal) doldurulur. Şekil 3.1 (a)’daki alt kapı/alt kontak (BGBC) üretimi, özellikle geniş uygulamaları ve üretim kolaylığı nedeniyle uygundur. Yarıiletken kaplandıktan sonra hiç işlem adımı olmadığı gibi, organik malzeme, doğrudan kaynak Savak elektrotlarının üzerine basılabilir veya spin kaplama yapılabilir. Ancak, BGBC cihazlarındaki kontaklar, iletken kanal ile birlikte aynı düzlemdedir ve kanaldaki organik yarıiletkenin moleküler dizilimi bu geometriden etkilenebilir. Şekil 3.1 (c)’deki üst kapı/alt kontak (TGBC) konfigürasyonları, dielektrik ile kanalı üst arayüzeye taşıyarak bu zorlukları önler. Fakat yarıiletkene zarar vermeden uygulaması kolay olan uygun bir yalıtkan malzeme gerektirir. Şekil 3.1 (b) ve (d)’deki üst kontak konfigürasyonları organik ince filmi çevresel etkilerden koruyabilir ancak bir organik filmin yüzeyi üstündeki buharlaştırılmış metal kontaklar organik filme ciddi bir şekilde zarar verebilir. Bu durumda tuzaklar, vakum ayarları ile ortaya çıkan serbest radikaller ile ifade edilir ve ısıl kaplama yüzeyleri etkilemeyi hızlandırır [72].

Şekil 3.1. (a) Alt kapı/alt kontak (BGBC), (b) alt kapı/üst kontak (BGTC), (c) üst kapı/alt kontak (TGBC) ve (d) üst kapı/üst kontak (TGTC) [64].

Isıl kaplama ile elde edilen termal yük, moleküllerin süblimleşmesine ve organik yarıiletken yüzeylerde morfolojik zararlara yol açabilir [249]. Bu durum, Şekil 3.1 (d)’de görülen üst kapı /üst kontak cihazlarda görülür. Çünkü organik yarıiletken ince film yüzeyi alttaş üzerinde durmakta ve dolayısıyla hem kaynak Savak elektrotlarının buharlaştırılması sırasında hem de kapı elektrotunun buharlaştırılması sırasında organik yarıiletken malzeme ısıl işlemden etkilenmektedir. Bu üretim metotları ve mimariler, sıklıkla belirli bir üretim tekniği ile hazırlanabilen bazı yarıiletkenlerin özelliklerine uyum sağlamak için seçilir. Önceki bölümde ifade edildiği gibi, seçilen yarıiletkenin kaplama işlemi ve mimarisinin dışında, dielektrikler, kontaklar ve yüzey davranışları da cihazın performansı üzerinde geniş bir etkiye sahiptir. Cihazlar optimize edilmek istendiğinde ve özellikle organik yarıiletkenlerin karakteristiklerinin avantajlarından yararlanılmak istendiğinde, tüm bu düşünceler göz önüne alınmak zorundadır.