Warstwy LB w diodach prostowniczych

Po odkryciu ZáDFLZRFL SyáSU]HZRGQLNRZ\FK Z PDWHULDáDFK RUJDQLF]Q\FK wiele

prac SRZLFRQR SUyERP Z\NRU]\VWDQLD WHJR ]MDZLVND GR EXGRZ\ XU]G]H

HOHNWUo-nicznych i optoelektroHOHNWUo-nicznych, przede wszystkim]HZ]JOGXQDQLVNLNRV]WPDWHULaáyZ L áDWZRü LFK Z\WZDU]DQLD BH]SRUHGQLH SRUyZQ\ZDQH ZáDFLZRFL HOHktrycznych XU]G]H ]EXGRZDQ\FKQDED]LHPDWHULDáyZRUJDQLF]Q\FK]ZáDFLZRFLaPLXU]G]H

zbudowanych na bazie krystalicznego krzemu czy arsenku galu nie ma RF]\ZLFLHZLk-V]HJRVHQVX]HZ]JOGXFKRüE\QDWR*HUXFKOLZRüQRQLNyZZ

PDWHULDáDFKRUJDQLFz-nych jest co najmniej G]LHVLFLRNURWQLHPQLHMV]D i nie przekracza rXFKOLZRFLZNU]HPLH

amorficznym. Niemniej jednak ZZLHOXXU]G]HQLDFKSyáSU]HZRG]FHZDUVWZ\/%Po-J E\ü ]DVWRVRZDQH Z VSRVyE DQDORJLF]Q\ do zastosowania SyáSU]HZRGQLNRZych

warstw nieorganicznych 1DMSURVWV]\P XU]G]HQLHP WHJR W\SX MHVW ZDUVWZRZD GLRGD

prostownicza o strukturze MPM (metal–SyáSU]HZRGQLN–metal), w której warstwa LB SyáSU]eZRGQLND RUJDQLF]QHJR ]QDMGXMH VL PLG]\GZRPDUy*Q\PLPHWDODPL>@: LGHDOQ\PSU]\SDGNXSyáSU]HZRGQLNW\SXQSRZLQLHQWZRU]\üRPRZ\NRQWDNW]PHWDOHP

o mniejszej pracy w\MFLDLSURVWXMFH]áF]H6FKRWWN\’ego z metalem o ZLNV]HM pracy Z\MFLD >@ Sytuacja ulegnie odwróceniu, JG\ ]DVWRVRZDQ\ SyáSU]HZRGQLN EG]LH SyáSU]HZRGQLNLHPW\SX S8U]G]HQLDGLRG\WHJRW\SXVwytwarzane niemal w ka*

dym laboUDWRULXPSRGHMPXMF\P badania w tej dziedzinie. Klasycznym ichSU]\NáDGHP PR*HE\üVWUXNWXUDRWU]\PDQDSU]H]QDQLHVLHQLHZDUVWZ\/%IWDORF\MDQLQ\QDSU]HZo-G]FHV]NáR,7222

LSUy*QLRZHQDSDURZDQLHQDZDUVWZ/%ZDUVWZ\DOXPLQLXP)Wa-ORF\MDQLQDEGFSyáSU]HZRGQLNLHPW\Su p, tworzy z ZDUVWZ,72NRQWDNWRPRZ\, a z

DOXPLQLXP]áF]HSURVWXMFH3RRZLHWOHQLXVWUXNWXUDWDPR*HWDN*HG]LDáDüMDNRRJQi-wo fotoDOXPLQLXP]áF]HSURVWXMFH3RRZLHWOHQLXVWUXNWXUDWDPR*HWDN*HG]LDáDüMDNRRJQi-woltaiczne. Wprawdzie SRWHQFMDá WDNLHJR RJQLZD MHVW WHJR VDPHJR U]GX FR SRWHQFMDáRJQLZNU]emowych, aleQLHVWHW\SUG]ZDUFia jest o NLONDU]GyZPQLHMV]\

Schemat takiej diody oraz struktura pasm energetycznych na granicy metal–warstwa LB (niepodstawionej ftalocyjaniny) pokazano na rys. 5.4 [50].

=HZ]JOGXQDPR*OLZRüHNVSHU\PHQWDOQHMZHU\ILNDFMLSRVWXODWX$YLUDPD23

szcze-gólQLHLQWHUHVXMFHZ\GDMHVLEDGDQLHHIHNWXSURVWXMFHJRZPRQRPROHNXODrnych

war-stwach LB [51]. Mimo

*HRSXEOLNRZDQRZLHOHZ\QLNyZEDGDSRWZLHUG]aMF\FKLVWQLe-nie tego HIHNWX Z ZLHOX SU]\SDGNDFK PR*QD SRGHMU]HZDü *H REVHUZowana

asymetryczna charakterystyka I–V E\áD VSRZRGRZDQD DV\PHWUL XNáDGX HOHNWURG24

. __________

223U]HZRG]FHV]NáR,72R]QDF]DV]NáRMHGQRVWURQQLHSRNU\WHSU]H(URF]\VWZDUVWZWOHQNXF\QRZR

-indowego (ang. Indium Tin Oxide:]DOH*QRFLRGWHPSHUDWXU\REUyENLZDUVWZ\,72QDV]NOe charak-WHU\]XMVLRSRUQRFLZáDFLZRGGRRPÂP

23 3RMHG\QF]DF]VWHF]NDW\SXÄ]ZLWWHUMRQRZHJR´]Z\UD(QLHZ\RGUEQLRQF]FLGRQRURZLDk-FHSWRURZ UR]G]LHORQ\PL PRVWNLHP W\SXσ XPR*OLZLDMF\P WXQHORZDQLH QRQLND áDGXQNX SRZLQQD

przejawiDüZáDFLZRFLSURVWXMFH>@

24

3UDZG]LZDV\PHWU\F]QFKDUDNWHU\VW\NI–VF]VWRPR*QDREVHUZRZDüZVWUXNWXU]HW\SX0,0

2VWDWQLHGRQLHVLHQLDQDWHPDWREVHUZDFMLHIHNWXSURVWXMFHJRZV\PeWU\F]Q\PXNáDG]LH ]áRW\FK HOHNWURG >@ SR]ZDOD PLHü QDG]LHM *H UHDOL]DFMD SUDwdziwego prostownika

molekularQHJRMHVWU]HF]\ZLFLHPR*Oiwa.

Rysunek 5.4. Schemat diody prostowniczej wytworzonej przez umieszczenie warstwy (LB) ftalocyjaniQ\PLG]\ZDUVWZPHWDOX$OLZDUVWZV]NáD,72RUD]VWUXNWXUDSDVPHQHUJHW\F]Q\FK ]áF]DSURVWXMFHJREDULHU\6FKRWWN\’ego) na styku metal (Al)–warstwa LB niepodstawionej ftalocyjaniny

SyáSU]HZRGQLNW\SXS.RQWDNWPLG]\ZDUVWZIWDORF\MDQLQ\DZDUVWZ,72MHVWNRQWDNWHPRPowym :DUWR Z W\P PLHMVFX ZVSRPQLHü R HOHNWURFKHPLF]QHM IRWRGLRG]LH SURVWXMFHM ]EXGRZDQHM WHFKQLN /% Z NWyUHM PRQRZDUVWZ czVWHF]HN W\SX '–S–A (Donor

–Sensybilizator–Akceptor) osadzonoQDSyáSU]H(URF]\VWHMZDUVWZLH]áRWDVWDQoZLFHM FLDQNNRPyUNLHOHNWURFKHPLF]QHM:SU]\WRF]RQHMSUDF\>@F]üGRQRURZVWa-QRZLáDF]VWHF]NDIHUURFHQXDNFHSWRURZ–F]VWHF]NDZLRORJHQXD sensybilizatorem E\áD F]VWHF]ND SLUHQX Komórk Z\SHáQLRQo roztworem KCl i wyposa*RQo

w HOHNWURGRGQLHVLHQLD3RSU]\áR*HQLXUy*QLF\SRWHQFMDáyZQDVWSXMHSU]HQLesienie HOHNWURQX]UR]WZRUXGRIHUURFHQX'VNG – zgodnie z kierunkiem spadku potencja-áu – przechodzi on GR F]VWHF]NL VHQV\ELOL]DWRUD SLUHQ Z VWDQLH SRGVWDZRZ\P ZLaWáRRGáXJRFLIDOLQPSDGDMFHQDZDUVWZ/%, wzbudza elektrony w cz VWHF]FHSLUHQX6GRSLHUZV]HJRVWDQXZ]EXG]RQHJRVNGVRQHprzekazywane do

wiologenu (A), a VWDPWG GR ]áRWHM elektrody, co zamyka obwód elektryczny. Prze-UZDQLH RZLHWOHQLD ZDUVWZ\ SU]HU\ZD SU]HSá\Z SUGX =DFKRG]FH WXWDM ]MDZLVNR

fotoindukowanego przeniesienia elektronu ma podstawowe znaczenie w badaniu pro-cesu fotosyntetycznej konwersji energiL Z XNáDGDFK ELRORJLF]Q\FK >@, a jego zro-]XPLHQLH EG]LHQLH]Z\NOHSRPRFQHZSURMHNWRZDQLXLNRQVWUXRZDQLXXU]G]HGR NRQZHUVMLLPDJD]\QRZDQLDHQHUJLLVáRQHF]QHM>@

Schemat fotoindukowanego przeniesienia elektronu przedstawiono na rys. 5.5.

Fa-OD Zietlna o odpowiedQLHMGáXJRFLSRZRGXMHZ]EXG]HQLHF]VWHF]NLGRQRUDNWyUD

w REHFQRFLRGSRZLHGQLHJRDNFHSWRUDPR*HDOERSRZUyFLüGRVWDQXSRGVWDZowego, HPLWXMF ZLDWáR R LQQHM GáXJRFL IDOL IOXRUHVFHQFMD GURJD a DOER SU]HUHDJRZDü

z akceptorem (droga b 3RQLHZD*WHGZDSURFHV\VNRQNXUHQF\MQHZLFSU]HQLHVLe-QLH HOHNWURQX PR*QD REVHUZRZDü SU]H] EDGD3RQLHZD*WHGZDSURFHV\VNRQNXUHQF\MQHZLFSU]HQLHVLe-QLH ]DQLNX IOXRUHVFHQFML :]EXG]RQD

NRPSOHNV 0R*H RQ DOER SRZUyFLü GR stanu podstawowego na drodze promienistej, HPLWXMFZLDWáRRMHV]F]HLQQHMGáXJRFLIDOLGURJDc), albo

przereDJRZDü]DNFHSWo-rem (droga b).

Rys. 5.5 Schemat reakcji fotoindukowanego przeniesienia elektronu.

5ROGRQRUDodgrywa pochodna pirenu (Py), DDNFHSWRUDF]VWHF]NDPHW\ORZLRORJHQX09 3RF]WNRZRobserwacje procesu fotoindukowanego przeniesienia elektronu oparto

na badaniu WXQHORZDQLD SU]H] GZXVNáDGQLNRZ PRQRZDUVWZ ]DZLHUDMF EDUZQLNL

cyjaninowe jako donory i amfifilowe F]VWHF]NL wiologenu jako akceptory [56], XPLHV]F]RQ PLG]\ GZLHPD PHWDOLF]Q\PL HOHNWURGDPL =H Z]JOGX QD ]Qaczenie

WHJRSURFHVXZXNáDGDFKELRORJLF]Q\FKREHFQLHEDGDVLXNáDG\]EOL*RQHGRQDWXUDl-nych, w których zawarte w monowarstwie fosfolipidowe donory z wbudowanymi w áDFXFKDOLIDW\F]Q\F]VWHF]NDPLSLUHQXUHDJXM]F]steczkami akceptora

rozpusz-czonego w subfazie wodnej [57]. 0LPR*HZLNV]RüSUDFEDGDZF]\FKNRQFHQWURZa-áD VL GRW\FKF]DV QD EDGDQLDFK XNáDGyZ KRPRJHQLF]Q\FK >@ lub

mikroheteroge-nicznych [59], Z\GDMHVL*HX*\FLHSRMHG\QF]\FKOXESRGZyMQ\FKZDUVWZ/% jest QDMRGSRZLHGQLHMV]HGRV\PXODFMLSURFHVyZ]DFKRG]F\FKZEáRQDFKELRORJLFznych25 . Warstwy LB XPR*OLZLDMUyZQLH*NRQWURORGOHJáRFLLRULHQWDFMLPLG]\UHDJHntami (D–S–$RUD]UR]G]LDáHIHNW\ZQ\FKáDGXnków.

:DUVWZ\/%ZXU]G]HQLDFK]HIHNWHPSRORZ\P

KolejnymNURNLHPZNLHUXQNXX*\FLDZDUVWZ/%ZHOHNWURQLFHPR*HE\üEXGRZD

tranzystorów cienkowarstwowych TFT (ang. Thin Film Transistors) [60]. Tranzystory

WDNLHPRJá\E\VLVWDüNOXF]RZ\PLHOHPHQWDPLw tzw. elektronice plastykowych

ob-wodów (]ZáDV]F]DZ\ZLHWODF]HZWDQLFKSU]HQRQ\FKXU]G]HQLDFK1Drysunku 5.6

przedstawiono ]DVDGG]LDáDQLD tranzystora cienkowarstwowego.

7UDQ]\VWRUWDNLMHVWZVWDQLHZ\áF]RQ\P,MHOLPLPRLVWQLHMFHMUy*QLF\SRWHQcja-áyZ SUG PLG]\ HPLWHUHP D NROHNWRUHP QLH Sá\QLH , SU]HFLZQLH WUDQ]\VWRU MHVW

w VWDQLHZáF]RQ\PSUDFXje),MHOLw warunkachWHMVDPHMUy*QLF\SRWHQFMDáyZmi

dzy emiWHUHPDNROHNWRUHPSá\QLHGRüGX*\SUG3U]HáF]DQLHPLG]\ tymi dwoma

__________

stanami jest UHDOL]RZDQHSU]H]SU]\NáDGDQLHLXVXZDQLHUy*QLF\SRWHQFMDáyZmidzy EUDPNDJUDQLFID]GLHOHNWU\N–SyáSU]HZRGQLNHIHNW\ZQLHG]LDáDMFMDNNRQGHQVa-WRU .LHG\ 7)7 SUDFXMH Z W]Z WU\ELH DNXPXODFML UXFKOLZH áDGXQNL ZVWU]\NQLte

Rys. 5.6. Schemat strXNWXU\7)73U]HZRG]FHSRGáR*Hjest wykonane ]GRWRZDQHJRNU]HPX:DUVWZGLHOHNWU\F]QVWDQRZL]D]Z\F]DM6L22.

Emiter, kolektor i bramka Z\NRQXMHVLQDRJyá]H]áRWDFKRFLD*

inne metale OXESU]HZRG]FHNRPSR]\W\VWDN*HGopuszczalne

z emitera

Sá\QGRNROHNWRUDWZRU]FÄNDQDáSUGRZ\´0R*QDWDN*HXPLHFLüHOHk-trody (emiWHU L NROHNWRU QD ZDUVWZLH SyáSU]HZRGQLND HOHNWURG\ ]HZQWU]QH

(rys. 5.7). O ile umieszczenie elektrod na dielektryku powoduje tworzenie „horyzon-talnego” kanaáXSUGXPLG]\HPLWHrem a kolektorem, o tyle umieszczenie elektrod na

Rys. 6WUXNWXUD7)7]HOHNWURGDPL]HZQWU]Q\PL

SyáSU]HZRGQLNXZ\PDJDRGSRZLHGQLHJRGRPLHV]NRZDQLDWHJRPDWHULDáXZFHOX]a-SHZQLHQLD SU]HZRGQLFWZD VNURQHJR SU]H] SyáSU]HZRGQLN 0LPR WUXGQRFL, jakie

stwarza jego konstrukcja, WUDQ]\VWRU]HOHNWURGDPL]HZQWU]Q\PLmaMHGQQLHZWSOi- Z]DOHW]DSHZQLDGX*SRZLHU]FKQLNRQWDNWXPHWDO–SyáSU]HZRGQLNLPR*OLZRüHNs-SRQRZDQLDSyáSU]HZRGQLNDZDUVWZ\/%QDZDUXQNL]HZQWU]QH'RPLHVzNRZDQLHPR*H ]RVWDü ]DVWSLRQH X*\FLHP PLHV]DQLQ\ GZyFK OXE ZLFHM SyáSU]HZRGQLNyZ R Uy*Q\FK

szeroNRFLDFK SU]HUZ\ Z]EURQLRQHM 6FKHPDW SR]LRPyZ HQHUJHW\F]Q\FK L XNáDG SDVP

w tranzystorze cienkowarstwowym pokazano na rys. 5.8.

Kolejnym krokiem w kierunku elektroniki molekularnej jest wykorzystanie

ZDUVWZ/%MDNRZDUVWZSyáSU]HZRG]F\FKZWUDQ]\VWRUDFK]HIHNWHPSRORZ\P)(7,

ang. Field Effect Transistor). MaWHULDáX*\W\MDNRZDUVWZDZWUDQ]\VWRU]H)(7RSUyF]

stosunkowo GX*HJR przewodnictwa powierzchQLRZHJRMDNLHSU]HMDZLDMDPIifilowe

kompleksy CT EG(SU]HZRG]FHSROLPHU\SRZLQLHQFKDUDNWHU\]RZDüVLWDN*HNLl-

PLDáUR]VGQLHGX*ZDUWRü3RGUXJLHPDWHULDáSRZLQLHQE\üEDUG]RVWDELlny

che-micznie i elektrocheche-micznie, a ]ZáDV]F]DQLHSRZLQLHQXOHJDüIRWRGHJUDGacji [61].

Rys. :]JOGQ\XNáDGSR]LRPyZHQHUJHW\F]Q\FKZVWUXNWXU]H7)7

w warunkach wstrzykiwania dziur NDQDá pLHOHNWURQyZNDQDá n)

=HZ]JOGXQDWR*HZLHOHPDWHULDáyZRUJDQLF]Q\FKMHVWSyáSU]HZRGQLNDPLtypu p ZNWyU\FKZLNV]RFLRZ\PLQRQLNDPLáDGXQNXVG]LXU\,SU]\áR*HQLHQDSLFLDGR EUDPNL WUDQ]\VWRUD QLH SRZRGXMH LQZHUVML áDGXQNX L WUDQ]\VWRU\ OFET (organiczne) F]VWRSUDFXMZWU\ELHDNXPXODFML8GRVNRQDOHQLHZDUXQNyZV\QWH]\LZ\WZDU]DQLD

cienkich warstw XPR*OLZLáR RVWDWQLPL ODW\ RVLJQLFLH Z QLHNWyU\FK SyáSU]HZRGQikach organicznych (oligomery tiofenu, pentacen, fuleren C60)

UXFKOLZRFL )(7 VLJaMFHM 1 cm2

· V^–1· s^–1 [62]. Zastosowanie izolatorów bramki,

FKDUDNWHU\]XMF\FK VL GX* SU]HQLNDOQRFL HOHNWU\F]Q, zmniejsza QDSLFLH SUDF\

tranzystora do ok. 5 V. CzFLRZH]DVWSLHQLHHOHNWURG\EUDPNLÄF]Xá\P´QDZSá\Z RWRF]HQLD PDWHULDáHP RUJaniczn\P SR]ZDOD QD EXGRZ GREU]H G]LDáDMF\FK

czujników gazowych lub chemicznych. Schemat takiego czujnika pokazano na rys. 5.9.

SyáSU]HZRGQLN

Rys. 5.9. Schemat przekroju czujnika zbudowanego na bazie FET [63]

8U]G]HQLH WR MHVW K\EU\GRZ\P XU]G]HQLHP W\SX 026)(7 ang. Metal–Oxide

–Semiconductor FETZNWyU\PSR]EDZLRQDPHWDOLF]QHJRSRNU\FLDF]üEUDPNLPD NV]WDáWSU]HUZ\SDVNDRW\SRZHMV]HURNRFLod 10 do 20 µ P3U]HUZWPR*QDpo-NU\üPDWHULDáHPRUJDQLF]Q\PprzezQDSDURZDQLHSUy*QLowe, nanoszenie wirowe, tzw.

spin coating czy technik LB, która jednak z technicznego punktu widzenia26

ma

naj-PQLHMV]HV]DQVHQD]DVWRVRZDQLHSU]HP\VáRZH3RSU]\áR*HQLXQaSLFLDGREUDPNLMHM

F]üPHWDOLF]QDQDW\FKPLDVWRVLJQLHSRWHQFMDá(UyGáDSUGXSRGF]DVJG\F]üZy-sokooporowa, pokr\WD ZDUVWZ RUJDQLF]Q X]yVND WHQ VDP SRWHQFMDá ] SHZQ\P RSy(QLHQLHP &]DV SRWU]HEQ\ GR QDáDGRZDQLD EUDPNL GR MHGQRURGQHJR SRWHQFMDáX W]QF]DVSRWU]HEQ\GRZáF]HQLD]DG]LDáDQLDWUDQ]\VWRUD,]DOH*\RGRSRUQRFLZDr-VWZ\FKHPRF]XáHM:W\SRZHMFKDUDNWHUystyce pracy takiego tranzystora Z]DOH*QRFL RGQDSLFLDSRODU\]DFMLEUDPNLPR*QDZ\Uy*QLüWU]\REV]DU\'ODPDá\FK potencjaáyZ SUGSá\QF\RGHPLWHUDGRNROHNWRUDURQLHOLQLRZR]HZ]URVWHPXMHPQHJRSRWHn-

FMDáX:]URVWSRWHQFMDáXSRZRGXMH*HNDQDáSU]HZRG]F\NWyU\SRZVWDáSRVSRODUy-zowaniu bramki, zaczyna Ä]DW\NDü VL” od strony kolektora, ]PQLHMV]DMF JVWRü QRQLNyZG]LXULW\PVDP\PSRZRGXMF nasycenieSUGXNROHNWRUD'DOV]\Z]URVW SRWHQFMDáXSRZRGXMHnadal XE\WHNQRQLNyZ]NDQDáX, co XQLHPR*liwiaZ]URVWSUGX SRQDGZDUWRüQDV\FHQLD2SLVDQ\F]XMQLNPR*QDQD]ZDüWUDQ]\VWRUHP]SU]HSá\Za-MF\P áDGXQNLHP CFT, ang. Charge Flow Transistor). Zmiany przewodnictwa po-ZLHU]FKQLRZHJRZDUVWZ\/%]DFKRG]FHSRGZSá\ZHP]PLDQZDUXQNyZRWRF]enia SU]HNáadaj VL QD ]PLDQ\ DPSOLWXG\LID]\IXQNFMLSU]HQRV]HQLDWUDQ]\VWRUD, a para WDNLFK XU]G]H PR*H GRVNRQDOH VáX*\ü GR NRPSHQVDFML ]PLDQ WHPSHUDWXU\ OXE Fi-QLHQLD

__________ 26

Aktywne wa UVWZ\ZWUDQ]\VWRUDFKSRORZ\FKSRZLQQ\PLHüJUXERüNLONXG]LHVLFLXOXEQDZHWNLl-NXVHW QDQRPHWUyZ ,FK RVDG]HQLH WHFKQLN /% Z\PDJDáRE\ ZLHORNURWQHJR SU]HQRV]HQLD PRQRZDUVWZ

W dokumencie Warstwy Langmuira-Blodgett i ich wykorzystanie w elektronice molekularnej (Stron 120-126)