بررسی ویژگی‌های ساختاری و الکتریکی نانوکامپوزیت‌های دورگه‌ی Al2O3/PVP (به عنوان درگاه دی الکتریک ترانزیستورهای اثر میدانی آلی)

نویسندگان

1 دانشگاه بوعلی سینا

2 دانشگاه مازندران

چکیده

نمونه­های پودری نانوکامپوزیت دورگه­ای Al2O3/PVP < span dir="RTL"> به روش سل-ژل در دمای 80 درجه­ی سانتی­گراد سنتز شده­­­­­اند. درصد وزنی پلی وینیل فنول و اکسید آلومینیوم برابر صفر، 28/0، 56/0 و 84/0 بوده است. برای بررسی ویژگی­های نانوساختاری از روش فراپراشی پرتو ایکس، بیناب­سنجی تبدیل فوریه فروسرخ، میکروسکوپ الکترونی روبشی، و میکروسکوپ نیروی اتمی استفاده شد. ثابت دی الکتریک نمونه­ها با استفاده از روش GPS 132 A محاسبه شدند. برپایه­ی نتایج بدست آمده بالاترین مقدار ثابت دی الکتریک در بسامد 120 کیلوهرتز وابسته به نمونه­ی ریزنهشته با ترکیب وزنی 28/0 درصد از PVP < span dir="RTL">(35 =k ) و در بسامد 1 کیلوهرتز وابسته به نمونه­ی ریزنهشته با ترکیب وزنی 56/0 درصد از PVP < span dir="RTL"> (26 = k) است. بنابراین در فرکانس 120 کیلوهرتز، نمونه­ی ریزنهشته­ با ترکیب وزنی 28/0 درصد از PVP < span dir="RTL"> به سبب برخورداری از ضخامت معادل اکسیدی بالاتر، میزان زبری کمتر، خواص اهمی و I-V بهتر و کوچکی اندازه ریزبلورک­ها (قطر شِرِر برابر با nm 45)، و ثابت دی الکتریک بالاتر و در نتیجه جریان نشتی کمتر، به عنوان درگاه دی الکتریک در ترانزیستورهای اثر میدانی توصیه می­شوند.     

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of structural and electrical properties of Al2O3/PVP nano hybrid composite (as OFET dielectric gate)

چکیده [English]

Al2O3/PVP nano-hybrid composite samples are synthesized using sol-gel method at 75°C. Weight percent of poly 4-vinyl phenol and aluminum oxide is 0.0, 0.28, 0.56, and 0.84. To study the nano-structural and electrical characteristics, X-ray diffraction, Fourier transfer infrared radiation, scanning electron microscopy, and atomic force microscopy are used. Dielectric constant of the samples is measured using “GPS 132 A” multi-meter. The results show that the highest amounts of dielectric constant at the frequency of 120 and 1 kHz are related to Al2O3 + 0.28 %wt. PVP(k=35) and Al2O3 + 0.56 %wt. PVP (k=26) nano-composite samples, respectively. Therefore, at the frequency of 120kHz, Al2O3 + 0.28 %wt. PVP nano-composite sample, due to having higher equivalent oxide thickness, less roughness, ohmicproperties, smaller size of nano-crystallites (Scherrer diameter of 45nm), higher dielectric constant, and as a result of less leakage current, is recommended as the gate dielectric for the future of organic field effect transistors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanocomposites
  • organic field effect transistor
  • gate dielectric
  • sol-gel method

مراجع

[1] Bahari A., Morgen P., Pederson K., Li Z. S., "Growth of a stacked silicon nitride/silicon oxide dielectric on Si (100)", Vac. Sci. Technol. B 24 (2006) 2119-2123.

[2] Alagiri M., Ponnusamy S., Muthamizhchelvan C., "Synthesis and characterization of NiO nanoparticles by sol–gel Method", J. Mater. Sci.: Mater. Electron.23 (2012)728-732.

[3] Wu M., Alivov Y. I., Moorkoc H., "High–k dielectrics and advanced channel concepts for Si MOSFET", J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 19(2008) 915-951.

[4] Wilk G.D., Wallance R.M., Anthony J.M., "High-k gate dielectic current status and material properties considerations", J. Appl. Phys., 89 (2001) 5243-5275.

[5] Wu H., Zhao Y., White M.H., "Quantum mechanical modeling of MOSFET gate leakage for high –k gate dielectric", Solid –State Electron, 50 (2006) 1164-1169.

[6] Deman A., Tardy J., "PMMA–Ta 2 O 5 bilayer gate dielectric for low operating voltage organic FETs‌", Org. Electron. 6 (2005) 78-84.

[7] Jeong S. H., Bae I.S., Shin Y.S., Lee S. B., Kwak H.T., Boo J.H.,"Physical and electrical properties of ZrO2 and YSZ high-k gate dielectric thin films grown by RF magnetron sputtering" Thin Solid film. 475 (2005) 354-358.

[8] Rudramadevi B. H., Thilagavathi K., Buddhudu S., "Structural, dielectric and conductivity properties of Mn2+:PVP& Ni2+:PVP polymer films", Indian J.Phys. 86 (2012) 997-1001.

[9] Maria Sonmez et al. “Synthesis and characterization of hybrid PVA/Al2O3 thin film”, Materials Letters 74 (2012) 132–136 .

[10] Liu H., Xie Z. X., Watanabe H., Qu J., TanakaK., "Growth of nanocrystalline metal dots on the Si(111)-7×7 surface saturated with C2H5OH", Phys. Rev. B.601 (2007) 5093-5097.

[11] Bang Seokhwanet al., “Al2O3 buffer in a ZnO thin film transistor with poly-4-vinylphenol dielectric”, Semicond. Sci. Technol. 24 (2009) 025008 (6pp).

[12] Hayati A., Bahari A., “Electrical properties of NiO/PVC nano hybrid composites for organic field effect transistors”, Indian J. Phys. 89 (2015) 145-54 .

[13] Kim S. H., et al., “Hysteresis behaviour of low-voltage organic field-effect transistors employing high dielectric constant polymer gate dielectrics”, J. Phys. D: Appl. Phys. 43 (2010) 465102 (8pp).

[14] Chua L., Ho P., Sirringhaus H., Friend R., “Observation of Field-Effect Transistor Behavior at Self-Organized Interfaces”, Adv. Mater. 16 (2004) 1609-1615.

[15] Ramesh S., Ng K. Y., “Characterization of polymer electrolytes based on high molecularweight PVC and Li2SO4”, Current Appl. Phys. 9 (2009) 329-332.

[16] Unni Narayanan K. N., Dabos-Seignon S., Nunzi J. M., “Improved performance of pentacene field-effect transistors using a polyimide gate dielectric layer”, J. Mater.Sci. 41 (2006) 317-322.

[17] Sirrigahaus H., “Device Physics of Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors”, Adv. Matter. 17 (2005) 2411-2425.

[18] Steudel S., Vusser S. D., et al. “Influence of the dielectric roughness on the performance of pentacene transistors”, Appl. Phys. Lett. 85 (2004) 4400-4402.

[19] Chang Y., Yang W., Liu S., Hsiao Y., Wu J.,Wu C., “A hot hole-programmed and low-temperature-formed SONOS flash memory”, Nanoscale Res. Lett.8 (2013) 340.

[20] Ortiz R. P., Facchetti A., Marks T. J., “High-k organic, inorganic, and hybrid dielectrics for low-voltage organic field-effect transistors”, Chem. Rev. 110 (2010) 205-239.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری: 15 بهمن 1404
  • تاریخ پذیرش: 11 تیر 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار