Easily Processable Highly Ordered Langmuir-Blodgett Films of Quaterthiophene Disiloxane Dimer for Monolayer Organic Field-Effect Transistors

Abstract

Self-assembly of highly soluble water-stable tetramethyldisiloxane-based dimer of α,α'-dialkylquaterthiophene on the water-air interface was investigated by Langmuir, grazing incidence X-ray diffraction, and X-ray reflectivity techniques. The conditions for formation of very homogeneous crystalline monolayer Langmuir-Blodgett (LB) films of the oligomer were found. Monolayer organic field-effect transistors (OFETs) based on these LB films as a semiconducting layer showed hole mobilities up to 3 × 10(-3) cm(2)/(V s), on-off ratio of 10(5), small hysteresis, and high long-term stability. The electrical performance of the LB films studied is close to that for the same material in the bulk or in the monolayer OFETs prepared from water vapor sensitive chlorosilyl derivatives of quaterthiophene by self-assembling from solution. These findings show high potential of disiloxane-based LB films in monolayer OFETs for large-area organic electronics.

Diketopyrrolopyrrole‐Based Semiconducting Polymer with Both Hydrophobic Alkyl and Hydrophilic Tetraethylene Glycol Chains for Monolayer Transistor and Sensing Application

“…The hole mobility of the monolayer FET can reach 0.014 cm 2 V −1 s −1 with an average µ h of 0.008 cm 2 V −1 s −1 , which is among the highest charge mobility reported for FETs with ultrathin films prepared with Langmuir technique. [29][30][31][32][33][34][35] Moreover, the monolayer FET exhibits relatively high I on/off (10 4 -10 6 ). µ h increased to 0.015 and 0.02 cm 2 V −1 s −1 for FETs with bilayer and threelayer ultrathin films, respectively.…”

“…In fact, Langmuir technique was successfully utilized to transfer monolayer thin films of organic and polymeric semiconductors onto the substrates to fabricate FETs. [29][30][31][32][33][34][35] For instance, Yli-Lahti and co-workers first reported FETs with Langmuir-Blodgett (LB) films of poly(3-hexylthicphene)/ arachidic acid, but the resulting FETs exhibited rather low charge mobilities. [34] This is probably due to the fact that the LB films contain arachidic acid which is required for the formation of the polymer LB films at air-water interface.…”

Атомный Состав И Стабильность Монослоев Ленгмюра-Блоджетт На Основе Силоксанового Димера Кватертиофена На Поверхности Поликристаллического Золота

“…Пленочные материалы на основе политиофе-нов и олиготиофенов обладают относительно высокой подвижностью носителей заряда и вместе с тем демон-стрируют высокую термическую и термоокислительную стабильность [1,4]. При этом в органических полевых транзисторах (ОПТ) транспорт носителей заряда проис-ходит в слое толщиной в несколько нанометров вблизи границы органического полупроводника и подзатворного диэлектрика [2].…”

“…Таким образом, органического полу-проводникового слоя толщиной в 1−2 молекулы на поверхности подложки достаточно для формирования проводящего канала ОПТ. Одним из наиболее перспек-тивных методов создания поверхностных структур на основе олиготиофенов является метод самосборки из раствора, который позволяет получать кристаллические монослои с относительно высокой подвижностью но-сителей заряда (self-assembled monolayers) [2][3][4][5]. Од-нако самосборка монослоя из раствора -длитель-ный процесс, который может занимать десятки часов до достижения полного покрытия подложки, поэтому его масштабирование затруднительно.…”

“…Метод Ленгмюра−Блоджетт (ЛБ) -простой и быстрый способ нанесения органических полупроводниковых покрытий с возможностью контроля структуры и морфологии получаемого покрытия, а также степени заполнения им подложки при помощи таких методов, как микроскопия Брюстера, поляризационно-оптическая и атомно-силовая микроскопия [4,6]. В отли-чие от метода самосборки из раствора метод ЛБ позво-ляет получать полупроводниковые монослои на основе химически инертных органических полупроводников, не содержащих реакционноспособных групп, в частности на основе силоксановых димеров [4,7,8]. Присутствие в составе молекулы силоксанового фрагмента обеспечи-вает амфифильность молекулы, достаточную для фор-мирования ленгмюровского слоя на поверхности воды за счет образования водородных связей между атомами кислорода и молекулами воды субфазы.…”