Solution-processable rodshaped molecular semiconductors and fieldeffect transistor applications

Yeni n-tipi yarı iletkenlerin yapısal dizaynı ve sentetik olarak geliştirilmesi yük taşıma mekanizmasının temellerinin anlaşılması noktasında bilimsel ve teknolojik alanlarda önemli derecede ilgi uyandırmıştır. Son yıllarda literatürde mevcut çok sayıda n-tipi yarı iletken olmasına rağmen, solüsyondan proses edilebilen ve havada kararlı n-tipi yarı-iletken malzeme sayısı oldukça sınırlıdır. Burada biz, indeno[1,2-b]floren ve (triizopropilsilil)etinil tabanlı, 6,12-pozisyonlarında disiyanovinilen ve 2,8-pozisyonlarında ise karbonil fonksiyonel grupları içeren iki yeni moleküler yarı-iletkenlerin dizaynı, sentezi, tek kristal yapıları, optoelektronik özellikleri, çözelti ile proses edilmiş ince-film morfolojilerini/mikroyapılarını ve organik alan etkili transistör uygulamalarını ortaya koyduk. Elektron çekici karbonil, disiyanovinilen ve (triizopropilsilil)etinil gruplarının indeno[1,2-b]floren π-merkezine dahil edilmesi, tamamen akseptör tipinde π-konjuge yapının oluşmasına sebep olmaktadır. Söz konusu yeni moleküller, 2,8- (triizopropilsilil)etinil-indeno[1,2-b]floren-6,12-dion (TIPS-IFDK) ve 2,8-(triizopropilsilil)etinil-indeno[1,2-b]floren-6,12-bis(disiyanoviinilen) (TIPS-IFDM)'dir. Yeni bileşiklerin HOMO/LUMO enerjileri sırasıyla TIPS-IFDK için -5.77 / -3.65 eV ve TIPS-IFDM için -5.84 / -4.18 eV'dir. Daha önce geliştirilen donör-akseptör tipi indenofluorenler ile kıyaslandığında tamamen akseptör yapıda π-konjuge sisteme sahip oldukları için yeni moleküllerin optik bant aralıklarında artış gözlemlenmiştir. (TIPS-IFDK için 2.12 eV ve TIPS-IFDM için 1.66 eV) TIPS-IFDK ve TIPS-IFDM yarı-iletkenlerinin katı-hal düzenlemeleri ve moleküller arası π-π etkileşimleri, tek kristal X-ray difraksiyon (XRD) analizi ile incelenmiştir. Söz konusu yarı-iletkenler katı halde 1-D kolon yapısı ortaya koymuştur. Bu tez kapsamında geliştirilen TIPS-IFDM yarı-iletkeni kullanılarak, solüsyon-makaslama (solution-shearing) yöntemi ile alt kapı/üst temas organik alan etkili transistörler üretilmiştir. Havada son derece kararlı olan söz konusu transistörler n-tipi yük taşıma karakterinde olup, 0.02 cm2/Vs elektron hareketliliği, 107 Ion/Ioff oranı sergilemiştir. Buna rağmen bu tez kapsamında geliştirilen diğer molekül TIPS-IFDK, TIPS-IFDM ile kıyaslandığında 103 kat daha az elektron hareketliliği ortaya koymuştur. Bu durum TIPS-IFDK molekülünün zayıf π-π etkileşimleri ve ince-film fazında zayıf kristal yapısından kaynaklanmaktadır. Dolayısıyla TIPS-IFDK tabanlı OFET'ler havada kararlı değildir. (trialkilsilil)etinil grubunun HOMO/LUMO orbitalleri üzerindeki elektronik etkileri DFT hesaplamaları ile ortaya çıkarıldı. Bildiğimiz kadarıyla, TIPS-IFDM, uzun moleküler eksen (x) boyunca (trialkilsilil) etinil gruplarıyla fonksiyonel hale getirilmiş, çözücüde proses edilebilen, havada kararlı, n-tipi moleküler yarı iletkenlerin ilk örneğidir. Elde ettiğimiz sonuçlar, havada kararlı n-tipi organik alan etkili transistörler ve çeşitli organik optoelektronik teknoloji uygulamaları için kolay sentezlenebilir, solüsyondan proses edilebilir yeni molekülerin nasıl dizayn edileceği noktasında önemli bilgiler vermektedir. Bu alanlarda ilerde yapılacak araştırmalara ışık tutmaktadır.