Influence of organic semiconductors morphology, structure and processability on organic field-effect transistors performance

Abstract

En esta tesis hemos estudiado como la manera de procesar los semiconductores orgánicos puede afectar a su morfología y estructure cristalina. Semiconductores orgánicos de tipo p y n han sido empleados como capas activas en transistores orgánicos de efecto campo (OFETs). Más concretamente, hemos realizado estudios con diferentes semiconductores orgánicos y hemos fabricado transistores con estos semiconductores procesados por solución, con las técnicas de deposición drop casting and bar-assisted meniscus shearing (BAMS), y por evaporación. El propósito de este trabajo ha sido encontrar la correlación entre la estructura molecular, la organización cristalina de las moléculas y la morfología de la capa delgada con las propiedades eléctricas del semiconductor orgánico. También, buscando la mejora del rendimiento y la estabilidad de los dispositivos, los semiconductores orgánicos en esta tesis se han mezclado íntimamente con polímeros aislantes. Además, se ha estudiado en detalle el rol del polímero aislante en la mezcla comparando OFETs basados en películas delgadas constituidas por sólo el semiconductor orgánico con películas delgadas fabricadas a partir de la mezcla de semiconductor y polímero. Por último, la técnica de deposición por spray ha sido estudiada como técnica para depositar contactos orgánicos basados en el metal orgánico tetratiafulvaleno-tetracianoquinodimetano (TTF-TCNQ) y también para la formación de monocristales de semiconductores orgánicos.

In this thesis we have studied how the processing of organic semiconductors can affect their morphology and crystal structure. p-Type and n-type organic semiconductors have been employed as active layers in Organic Field-Effect Transistors (OFETs). More in detail, we have performed studies with different organic semiconductors and fabricated transistors based on them by solution (drop casting and bar-assisted meniscus shearing) and by evaporation. The purpose of the work carried out has been elucidating the correlation of the molecular structure, crystal packing and thin film morphology with the electrical properties of the organic semiconductor. Further, aiming at enhancing the performance and stability of the devices, the organic semiconductors used in this thesis were blended with polymer binders. In addition, the effect of the polymer binder has been studied in detail by comparing OFETs based on thin-films of the pristine semiconductor with OFETs based on thin-films of the semiconductor blended with polymers. Finally, spray printing has been explored as technique for depositing organic contacts based on the organic metal tetrathiafulvalene-tetracyanoquinodimethane (TTF-TCNQ) and also for forming single crystals of organic semiconductors.