Механізми струмопроходження та електрофізичні властивості бар’єрних структур на основі органічних напівпровідникових матеріалів. Розробка технології тонкоплівкових фотоперетворювачів та сенсорних пристроїв на основі органічних бар’єрних структур.
Аннотация к работе
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук Технологія мікроелектронних електрогенераційних пристроїв на основі органічних напівпровідникових барєрних структурПопередні наші дослідження показали можливість створення електрогенераційних структур з використанням технологічного потенціалу вакуумних методів осадження плівок органічних напівпровідникових матеріалів, їх модифікації, а також нових структур, чутливих до світлового випромінювання та газових чинників. Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі: · розробка вакуумних методів формування тонких плівок органічних напівпровідникових матеріалів (пентацен, фталоціанін нікелю, поліаніліну та ін.) як функціональних складових барєрних електрогенераційних структур, що забезпечить їхню інтеграцію у традиційні мікроелектронні технології та дослідження їх структурних та електрофізичних властивостей; Предметом дослідження є тонкі плівки молекулярних напівпровідників (пентацен, фталоціанін нікелю, похідна перилену) та електропровідних полімерів (поліанілін, поліортометоксианілін), включаючи нанорозмірні, як функціональні складові барєрних структур, сформованих на поверхні скляних та гнучких (лавсанових) підкладок з оптично прозорими електродами (indium tin oxide (ITO)), золота та неорганічних напівпровідників, а також електрогенераційні процеси в них, викликані освітленням та взаємодією з газовим середовищем аміаку, і методи керування їхніми параметрами. Вперше експериментально та теоретично показано, що технологія вакуумного осадження тонких плівок фталоціаніну нікелю на оптично прозорих електродах забезпечує утворення моноклинної та тетрагональної поліморфної ?-форми плівок, а при легуванні киснем відбувається зростання ступеня впорядкованості (розмір кристалітів зменшується від 30 до 10 нм) та зростання на порядок фотовольтаїчної чутливості барєрних структур на їх основі. У публікаціях, які опубліковані у співавторстві, здобувачеві належать: автором науково проведено дослідження електрогенераційного ефекту в барєрних структурах ITO/NIPC/Al при взаємодії з газовим середовищем водного розчину аміаку та розроблено технологію отримання генераційних барєрних структур [1, 5, 49, 51], обґрунтовано результати спектроскопічних досліджень тонких плівок електропровідних полімерів (поліанілін, поліортометоксианілін та поліортолуїдин), досліджено їхні енергетичні та електричні характеристики та оптимізовано технологічні режими їх термовакуумного напилення [9, 10, 21, 22, 32, 33, 38, 40-44, 46, 47, 52, 56, 71], розроблено технологію формування високолегованих, оптично однорідних тонких полімерних плівок ряду поліаміноаренів (поліаніліну) методом катодного розпилення у схрещених електричному та магнітному полях в атмосфері аргону [2, 27, 28, 39, 48, 55], проведено обґрунтування практичного використання електропровідних полімерів для створення барєрних структур на основі органічних та неорганічних матеріалів [7, 9, 16-21, 34, 37, 68-70], сенсорів моніторингу довкілля [12, 14, 15, 22, 24, 25, 31, 35, 54, 57, 60-67] та оптичних елементів [26, 29, 30], запропоновано та реалізовано метод імпедансної спектроскопії для визначення обємних та барєрних властивостей розроблених структур і механізмів струмопроходження у термовакуумно напилених плівках електропровідних полімерів [4, 6, 8, 11, 36, 45], розроблена технологія термовакуумного пошарового [13] та композитного формування органічних гетероструктур [3] в одному технологічному циклі на гнучких та скляних підкладках з прозорим електропровідним шаром ITO, вивчено механізми інжекції зарядів у структурах на основі плівок цих органічних напівпровідників [6, 53, 58] та створено цілу низку фоточутливих у видимому діапазоні спектра з високими, як для даного класу низьковартістних органічних фотоперетворювачів характеристиками: ITO/пентацен/DIME-PTCDI/Al [13], ITO/NIPC/Al [4, 50] та ITO/ПАН:пентацен/Al [3], ITO/ПЕДОТ:ПСС/пентацен/Al [6, 58], ПЕДОТ:ПСС/ZNSE [7, 59].У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі проведених досліджень, представлені методи, обєкт і предмет досліджень, визначено наукову новизну отриманих результатів та їхнє практичне значення, наведені дані щодо апробації. Показано доцільність і перспективність оптимізації існуючих технологічних методів формування функціональних складових органічних барєрних структур та розробка нових підходів до їх створення з використанням сучасних методів діагностики електрофізичних властивостей. Показано, що одним з визначальних факторів термовакуумного напилення, поряд зі збільшенням ступеня вакууму під час термічного нанесення молекулярних напівпровідників є мінімальні швидкості сублімації для уникнення переносу в газову фазу багатомолекулярних фракцій і утворення на поверхні конденсації неоднорідних областей.