journal article·2015-06-17

Influence of Semiconductor Thickness and Molecular Weight on the Charge Transport of a Naphthalenediimide-Based Copolymer in Thin-Film Transistors

Yevhen Karpov, Wei Zhao, Ivan Raguzin, Tetyana Beryozkina, Vasiliy Bakulev, Mahmoud Al-Hussein, Liane Häußler, Manfred Stamm, Brigitte Voit, Antonio Facchetti, Roman Tkachov, Anton Kiriy

Publisher page

Abstract

The N-type semiconducting polymer, P(NDI2OD-T2), with different molecular weights (MW=23, 72, and 250 kg/mol) was used for the fabrication of field-effect transistors (FETs) with different semiconductor layer thicknesses. FETs with semiconductor layer thicknesses from ∼15 to 50 nm exhibit similar electron mobilities (μ's) of 0.2-0.45 cm2 V(-1) s(-1). Reduction of the active film thickness led to decreased μ values; however, FETs with ∼2 and ∼5 nm thick P(NDI2OD-T2) films still exhibit substantial μ's of 0.01-0.02 and ∼10(-4) cm2 V(-1) s(-1), respectively. Interestingly, the lowest molecular weight sample (P-23, MW≈23 kg/mol, polydispersity index (PDI)=1.9) exhibited higher μ than the highest molecular weight sample (P-250, MW≈250 kg/mol, PDI=2.3) measured for thicker devices (15-50 nm). This is rather unusual behavior because typically charge carrier mobility increases with MW where improved grain-to-grain connectivity usually enhances transport events. We attribute this result to the high crystallinity of the lowest MW sample, as confirmed by differential scanning calorimetry and X-ray diffraction studies, which may (over)compensate for other effects.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Organic Electronics and Photovoltaics · Conducting polymers and applications · Nanowire Synthesis and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Hohe Straße 6, 01069 Dresden, Germany

Polyera Corporation, Skokie, Illinois 60077, United States

Ural Federal University, Mira Street 28, 620002, Yekaterinburg, Russia

Physics Department, The University of Jordan, Amman 11942, Jordan

Center for Advancing Electronics Dresden (CFAED), Technische Universität Dresden, 01062 Dresden, Germany

Center of Excellence for Advanced Materials Research (CEAMR), King Abdulaziz University, P.O. Box 80203, Jeddah, Saudi Arabia 21589

Funding

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. · Helmholtz Association · Ministry of Education and Science of the Russian Federation · Deutsche Forschungsgemeinschaft

References (74)

Show source-provided references
1. Arias A. C. · Chem. Rev. · 2010 · 110 · 310.1021/cr900150b ↗
2. Sokolov A. N. · Acc. Chem. Res. · 2012 · 45 · 36110.1021/ar2001233 ↗
3. Beaujuge P. M. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 2000910.1021/ja2073643 ↗
4. Facchetti A. · Chem. Mater. · 2010 · 23 · 73310.1021/cm102419z ↗
5. Guo X. · Chem. Rev. · 2014 · 114 · 894310.1021/cr500225d ↗
6. He Y. · J. Mater. Chem. C · 2014 · 2 · 865110.1039/C4TC01201A ↗
7. Li J. · Sci. Rep. · 2012 · 2 · 75410.1038/srep00754 ↗
8. Tsao H. N. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 260510.1021/ja108861q ↗
9. Kim G. · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 947710.1021/ja504537v ↗
10. Yan H. · Nature · 2009 · 457 · 67910.1038/nature07727 ↗
11. Sun B. · Adv. Mater. · 2014 · 26 · 263610.1002/adma.201305981 ↗
12. Lei T. · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 213510.1021/ja412533d ↗
13. Horowitz G. · J. Phys. III · 1995 · 5 · 355
14. Asadi K. · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 410910.1002/adma.200803455 ↗
15. Li L. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 880710.1021/ja1017267 ↗
16. Novak M. · Nano Lett. · 2011 · 11 · 15610.1021/nl103200r ↗
17. Smits E. C. P. · Nature · 2008 · 455 · 95610.1038/nature07320 ↗
18. Sandberg H. G. O. · Langmuir · 2002 · 18 · 1017610.1021/la0261444 ↗
19. Fabiano S. · Adv. Mater. · 2012 · 24 · 95110.1002/adma.201103800 ↗
20. Mathijssen S. G. J. · Nat. Nanotechnol. · 2009 · 4 · 67410.1038/nnano.2009.201 ↗
21. Sizov A. S. · Appl. Phys. Lett. · 2013 · 103 · 04331010.1063/1.4816839 ↗
22. Scott J. C. · Nano Lett. · 2006 · 6 · 291610.1021/nl0622449 ↗
23. Zhang F. · Adv. Mater. · 2013 · 25 · 140110.1002/adma.201204075 ↗
24. Zhan X. · J. Am. Chem. Soc. · 2007 · 129 · 7246724710.1021/ja071760d ↗
25. Chen Z. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 810.1021/ja805407g ↗
26. Schubert M. · Adv. Energy Mater. · 2012 · 2 · 36910.1002/aenm.201100601 ↗
27. Moore J. R. · Adv. Energy Mater. · 2011 · 1 · 23010.1002/aenm.201000035 ↗
28. Steyrleuthner R. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1830310.1021/ja306844f ↗
29. Steyrleuthner R. · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 424510.1021/ja4118736 ↗
30. Fabiano S. · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2013 · 5 · 441710.1021/am400786c ↗
31. Kim T. · Adv. Energy Mater. · 2014 · 4 · 130165910.1002/aenm.201301659 ↗
32. Schmidt G. C. · J. Mater. Chem. C · 2014 · 2 · 514910.1039/C4TC00390J ↗
33. Steyrleuthner R. · Adv. Mater. · 2010 · 22 · 279910.1002/adma.201000232 ↗
34. Rivnay J. · Adv. Mater. · 2010 · 22 · 435910.1002/adma.201001202 ↗
35. Schuettfort T. · Macromolecules · 2011 · 44 · 153010.1021/ma102451b ↗
36. Schuettfort T. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 109210.1021/ja310240q ↗
37. Rivnay J. · Macromolecules · 2011 · 44 · 524610.1021/ma200864s ↗
38. Osaka I. · Acc. Chem. Res. · 2008 · 41 · 120210.1021/ar800130s ↗
39. Yokozawa T. · Chem. Rev. · 2009 · 109 · 559510.1021/cr900041c ↗
40. Geng Y. H. · Sci. China: Chem. · 2010 · 53 · 162010.1007/s11426-010-4048-2 ↗
41. Okamoto K. · Polym. Chem. · 2011 · 2 · 242410.1039/c1py00171j ↗
42. Marshall N. · Chem. Commun. · 2011 · 47 · 1568110.1039/c1cc10483g ↗
43. Lanni E. L. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1657310.1021/ja904197q ↗
44. Kiriy A. · Macromol. Rapid Commun. · 2011 · 32 · 150310.1002/marc.201100316 ↗
45. Tkachov R. · Chem. Commun. · 2010 · 46 · 142510.1039/B920214E ↗
46. Komber H. · Macromolecules · 2011 · 44 · 916410.1021/ma2018827 ↗
47. Tkachov R. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2014 · 53 · 240210.1002/anie.201310045 ↗
48. Yokoyama A. · J. Am. Chem. Soc. · 2007 · 129 · 723610.1021/ja070313v ↗
49. Beryozkina T. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2009 · 48 · 269510.1002/anie.200806217 ↗
50. Elmalem E. · Macromolecules · 2011 · 44 · 905710.1021/ma201934q ↗
51. Elmalem E. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1776910.1021/ja3080677 ↗
52. Senkovskyy V. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 131 · 1996610.1021/ja208710x ↗
53. Senkovskyy V. · Macromolecules · 2012 · 5 · 777010.1021/ma301797w ↗
54. Liu W. · Polym. Chem. · 2014 · 5 · 340410.1039/C3PY01707A ↗
55. Tkachov R. · Macromolecules · 2014 · 47 · 499410.1021/ma5006588 ↗
56. Willot P. · Macromolecules · 2014 · 47 · 667110.1021/ma501757e ↗
57. Bridges C. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 1321210.1021/ja4073904 ↗
58. Tkachov R. · Macromolecules · 2014 · 47 · 384510.1021/ma5007667 ↗
59. Gasperini A. · Macromolecules · 2013 · 46 · 934910.1021/ma402027v ↗
60. Zhang R. · J. Am. Chem. Soc. · 2006 · 128 · 348010.1021/ja055192i ↗
61. Kline R. J. · Macromolecules · 2005 · 38 · 331210.1021/ma047415f ↗
62. Zen A. · Adv. Funct. Mater. · 2004 · 14 · 75710.1002/adfm.200400017 ↗
63. Zen A. · Macromolecules · 2006 · 39 · 216210.1021/ma0521349 ↗
64. Schilinsky P. · Chem. Mater. · 2005 · 17 · 217510.1021/cm047811c ↗
65. Müller C. · Adv. Funct. Mater. · 2010 · 20 · 212410.1002/adfm.201000224 ↗
66. Kline R. J. · Macromolecules · 2005 · 38 · 331210.1021/ma047415f ↗
67. Goh C. · J. Appl. Phys. Lett. · 2005 · 86 · 12211010.1063/1.1891301 ↗
68. Ma W. · Macromol. Rapid Commun. · 2007 · 28 · 177610.1002/marc.200700280 ↗
69. Wang S. · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 2482710.1039/c2jm35351b ↗
70. Kiriy A. · 2012 · 1 · 36710.1016/B978-0-444-53349-4.00015-7 ↗
71. Kiriy N. · Nano Lett. · 2003 · 3 · 70710.1021/nl0341032 ↗
72. Kiriy A. · J. Am. Chem. Soc. · 2002 · 124 · 1345410.1021/ja0261168 ↗
73. Noriega R. · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 103810.1038/nmat3722 ↗
74. Kline R. J. · Adv. Mater. · 2003 · 15 · 151910.1002/adma.200305275 ↗