Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

espectroscopia de modulación de carga

La espectroscopia de modulación de carga es una técnica de espectroscopia electroóptica . [ 1 ] Se utiliza para estudiar el comportamiento de los portadores de carga de los tran...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La espectroscopia de modulación de carga es una técnica de espectroscopia electroóptica . [ 1 ] Se utiliza para estudiar el comportamiento de los portadores de carga de los transistores orgánicos de efecto de campo . Mide la variación de la transmisión óptica introducida por la carga [ 2 ] [ 3 ] al sondear directamente la acumulación de carga en la interfaz de combustión del semiconductor y la capa dieléctrica [ 4 ] donde se forma el canal de conducción.

Diagrama de bloques del montaje de espectroscopia de modulación de carga. Aquí, el fotodiodo mide la transmisión. Se aplica una señal de corriente continua más una señal de corriente alterna al transistor de efecto de campo orgánico; la corriente alterna se utilizará como frecuencia de referencia para el amplificador de detección síncrona.

Principios

A diferencia de la espectroscopia ultravioleta-visible , que mide la absorbancia, la espectroscopia de modulación de carga mide la variación de la transmisión óptica introducida por la carga. En otras palabras, revela las nuevas características de la transmisión óptica generadas por las cargas. Este sistema consta principalmente de cuatro componentes: lámpara, monocromador , fotodetector y amplificador de detección síncrona . La lámpara y el monocromador se utilizan para generar y seleccionar la longitud de onda. La longitud de onda seleccionada pasa a través del transistor, y la luz transmitida es registrada por el fotodiodo . Cuando la relación señal/ruido es muy baja, la señal puede modularse y recuperarse con un amplificador de detección síncrona.

En el experimento, se aplica una corriente continua y una polarización de corriente alterna al transistor orgánico de efecto de campo. Los portadores de carga se acumulan en la interfaz entre el dieléctrico y el semiconductor (generalmente unos pocos nanómetros [ 5 ] ). Con la aparición de la carga acumulada, la intensidad de la luz transmitida cambia. La variación de la intensidad de la luz ( señal de  blanqueamiento y absorción de carga ) se registra mediante un fotodetector y un amplificador lock-in. La frecuencia de modulación de carga se proporciona al amplificador lock-in como referencia.

Modular la carga en el transistor orgánico de efecto de campo.

Transistor orgánico de efecto de campo: la capa roja representa la carga acumulada ubicada en la interfaz entre el dieléctrico y el semiconductor orgánico.

Existen cuatro arquitecturas típicas de transistores de efecto de campo orgánicos: [ 6 ] Compuerta superior, contactos inferiores; compuerta inferior, contactos superiores; compuerta inferior, contactos inferiores; compuerta superior, contacto superior.

Para crear la capa de carga acumulada, se aplica una tensión de corriente continua positiva/negativa a la compuerta del transistor orgánico de efecto de campo (positiva para el transistor de tipo P, negativa para el transistor de tipo N). [ 7 ] Para modular la carga, se aplica una tensión alterna entre la compuerta y la fuente. Es importante tener en cuenta que solo la carga móvil puede seguir la modulación y que la frecuencia de modulación aplicada al amplificador lock-in debe ser síncrona.

espectros de modulación de carga

La señal de espectroscopia de modulación de carga se puede definir como la transmisión diferencial△T{\displaystyle \bigtriangleup T}dividido por la transmisión totalT{\displaystyle T}Al modular los portadores móviles, se produce un aumento de la transmisión.△T/T>0{\displaystyle \bigtriangleup T/T>0}y disminuir la transmisión△T/T<0{\displaystyle \bigtriangleup T/T<0}Ambas características podrían observarse. [ 8 ] La primera se relaciona con el blanqueamiento y la segunda con la absorción de carga y la absorción inducida eléctricamente (electroabsorción). Los espectros de espectroscopia de modulación de carga son una superposición de características inducidas por carga y electroabsorción. En los transistores, la electroabsorción es más significativa durante la caída de alto voltaje. [ 9 ] Hay varias formas de identificar la contribución de la electroabsorción, como obtener el segundo armónico. △T/T{\displaystyle \bigtriangleup T/T}o analizarlo en la región de agotamiento.

Blanqueamiento y absorción de carga

Cuando el portador de carga acumulado elimina el estado fundamental del polímero neutro, hay mayor transmisión en el estado fundamental. Esto se denomina decoloración.△T>0{\displaystyle \bigtriangleup T>0}Con el exceso de huecos o electrones en el polímero, habrá nuevas transiciones en niveles de energía bajos, por lo tanto, la intensidad de transmisión se reduce.△T<0{\displaystyle \bigtriangleup T<0}, esto está relacionado con la absorción de carga. [ 1 ]

Electroabsorción

La electroabsorción es un tipo de efecto Stark en el polímero neutro, [ 10 ] predomina en el borde del electrodo debido a la fuerte caída de voltaje. La electroabsorción puede observarse a partir de los espectros de espectroscopia de modulación de carga del segundo armónico. [ 9 ]

microscopía de modulación de carga

La microscopía de modulación de carga es una nueva tecnología que combina la microscopía confocal con la espectroscopía de modulación de carga. [ 11 ] A diferencia de la espectroscopía de modulación de carga, que se centra en todo el transistor, la microscopía de modulación de carga proporciona espectros y mapas locales. Gracias a esta tecnología, se pueden obtener individualmente los espectros de canal y de electrodo. Se puede observar una dimensión más local de los espectros de modulación de carga (alrededor del submicrómetro) sin una característica de electroabsorción significativa. Por supuesto, esto depende de la resolución de la microscopía óptica.

La alta resolución de la microscopía de modulación de carga permite mapear la distribución de portadores de carga en el canal activo del transistor orgánico de efecto de campo. [ 9 ] En otras palabras, se puede observar una morfología funcional de portadores. Es bien sabido que la densidad local de portadores puede estar relacionada con la microestructura del polímero. Basándose en cálculos de la teoría del funcional de la densidad , una microscopía de modulación de carga polarizada puede mapear selectivamente el transporte de carga asociado con una dirección relativa del momento dipolar de transición . [ 12 ] La dirección local puede correlacionarse con el orden orientacional de los dominios del polímero. [ 13 ] Los dominios más ordenados muestran una alta movilidad de portadores del dispositivo de transistor orgánico de efecto de campo.

Véase también

Referencias

  1. ^ Caironi , Mario; Pájaro, Matt; Fazzi, Daniele; Chen, Zhihua; Di Pietro, Ricardo; Newman, Cristóbal; Facchetti, Antonio; Sirringhaus, Henning (9 de septiembre de 2011). "Muy bajo grado de desorden energético como origen de alta movilidad en un semiconductor de polímero de canal n". Materiales funcionales avanzados . 21 (17): 3371– 3381. doi : 10.1002/adfm.201100592 . S2CID 95644182 . 
  2. ^ Sirringhaus, H.; Marrón, PJ; Amigo, RH; Nielsen, MM; Bechgaard, K.; Langeveld-Voss, BMW; Spiering, AJH; Janssen, RAJ; Meijer, EW; Herwig, P.; de Leeuw, DM (octubre de 1999). "Transporte de carga bidimensional en polímeros conjugados autoorganizados y de alta movilidad". Naturaleza . 401 (6754): 685– 688. Bibcode : 1999Natur.401..685S . doi : 10.1038/44359 . S2CID 4387286 . 
  3. ↑ Brown, Peter J.; Sirringhaus, Henning; Harrison, Mark; Shkunov, Maxim; Friend, Richard H. (12 de marzo de 2001). "Espectroscopia óptica de carga inducida por campo en poli(3-hexiltiofeno) de alta movilidad autoorganizado". Physical Review B. 63 ( 12) 125204. Bibcode : 2001PhRvB..63l5204B . doi : 10.1103/physrevb.63.125204 .
  4. ↑ Electrónica flexible y de gran superficie . Wiley-VCH. 4 de mayo de 2015. ISBN 978-3-527-33639-5.
  5. ↑ Bässler, H. (1 de enero de 1993). "Transporte de carga en fotoconductores orgánicos desordenados: un estudio de simulación de Monte Carlo". Physica Status Solidi B. 175 ( 1): 15– 56. Bibcode : 1993PSSBR.175...15B . doi : 10.1002/pssb.2221750102 .
  6. ↑ Marder, Seth R.; Bredas, Jean-Luc (29 de enero de 2016). La referencia de la WSPC sobre electrónica orgánica: semiconductores orgánicos (en 2 volúmenes) . ISBN 978-981-4699-22-8.
  7. ↑ Integración de transistores de película delgada orgánicos: un enfoque híbrido . Wiley-VCH. 21 de marzo de 2011. ISBN 978-3-527-63445-3.
  8. ↑ Zhao, N.; Noh, Y.-Y.; Chang, J.-F.; Heeney, M.; McCulloch, I.; Sirringhaus, H. (5 de octubre de 2009). "Localización de Polaron en interfaces de polímeros conjugados microcristalinos de alta movilidad". Advanced Materials . 21 (37): 3759– 3763. Bibcode : 2009AdM....21.3759Z . doi : 10.1002/adma.200900326 . S2CID 95098433 . 
  9. 1 2 3 Chin, Xin Yu; Pace, Giuseppina; Soci, Cesare; Caironi, Mario (2017). "Distribución de carga ambipolar en transistores de efecto de campo de polímero donador-aceptor" . Journal of Materials Chemistry C. 5 ( 3): 754– 762. doi : 10.1039/c6tc05033f .
  10. ↑ Chemla, DS; Damen, TC; Miller, DAB; Gossard, AC; Wiegmann, W. (15 de mayo de 1983). "Electroabsorción por efecto Stark en excitones a temperatura ambiente en estructuras de pozos cuánticos múltiples de GaAs/GaAlAs". Applied Physics Letters . 42 (10): 864– 866. Bibcode : 1983ApPhL..42..864C . doi : 10.1063/1.93794 .
  11. ↑ Sciascia, Calogero; Martino, Nicola; Schuettfort, Torben; Watts, Benjamin; Grancini, Giulia; Antognazza, Maria Rosa; Zavelani-Rossi, Margherita; McNeill, Christopher R.; Caironi, Mario (16 de noviembre de 2011). "Microscopía de modulación de carga submicrométrica de un transistor de efecto de campo de canal n polimérico de alta movilidad". Advanced Materials . 23 (43): 5086– 5090. Bibcode : 2011AdM....23.5086S . doi : 10.1002/adma.201102410 . PMID 21989683. S2CID 205241797 .  
  12. ↑ Fazzi, Daniele; Caironi, Mario (2015). "Relaciones de múltiples escalas de longitud entre la estructura molecular del polímero y el transporte de carga: el caso del polinaftaleno diimida bitiofeno". Physical Chemistry Chemical Physics . 17 (14): 8573– 8590. Bibcode : 2015PCCP...17.8573F . doi : 10.1039/c5cp00523j . PMID 25740386 . 
  13. ↑ Martino, Nicola; Fazzi, Daniele; Sciascia, Calogero; Luzio, Alejandro; Antognazza, María Rosa; Caironi, Mario (13 de mayo de 2014). "Mapeo del orden orientativo de dominios probados con carga en un polímero semiconductor". ACS Nano . 8 (6): 5968– 5978. doi : 10.1021/nn5011182 . hdl : 11858/00-001M-0000-0024-A80B-8 . PMID 24815931 . 

    Lecturas adicionales

    • Ziffer, Mark E.; Mohammed, Joseph C.; Ginger, David S. (20 de mayo de 2016). "Mediciones de espectroscopia de electroabsorción de la energía de enlace del excitón, la masa efectiva reducida electrón-hueco y la brecha de banda en la perovskita CH 3 NH 3 PbI 3 " . ACS Photonics . 3 (6): 1060– 1068. doi : 10.1021/acsphotonics.6b00139 .
    • Uchida, R.; Yada, H.; Makino, M.; Matsui, Y.; Miwa, K.; Uemura, T.; Takeya, J.; Okamoto, H. (4 de marzo de 2013). "Espectroscopia infrarroja de modulación de carga de transistores de efecto de campo de cristal único de rubreno". Applied Physics Letters . 102 (9): 093301. Bibcode : 2013ApPhL.102i3301U . doi : 10.1063/1.4794055 .
    • Liu, Chuan; Huang, Kairong; Park, Won-Tae; Li, Minmin; Yang, Tengzhou; Liu, Xuying; Liang, Lijuan; Minari, Takeo; Noh, Yong-Young (2017). "Una comprensión unificada del transporte de carga en semiconductores orgánicos: la importancia de la deslocalización atenuada para los portadores" . Materials Horizons . 4 (4): 608– 618. doi : 10.1039/C7MH00091J .
    Obtenido de " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Charge_modulation_spectroscopy&oldid=1326117170 "