Organic field-effect transistors based on biodegradable H-bonded semiconductors

Hydrogen-bonded (H-bonded) organic pigments, of natural or natural-inspired origin, have recently appeared in the field of organic electronics, where they demonstrated high mobility and high stability against degradation in air when used as semiconductors in organic field-effect transistors (OFETs). However, detailed information for assessing their potential and limitations for commercial OFETs are still lacking. This work reports on p-channel OFETs based on two biodegradable H-bonded organic semiconductors, Epindolidione and Quinacridone, deposited on a bilayer dielectric made of the hydrophobic alkane Pentacontane and an electrochemically grown aluminium oxide. The aim was that of providing new insight on the application of these materials in OFETs. Transistors with Epindolidione and Quinacridone have been electrically characterized, firstly for verifying the possibility to obtain high mobility values, as reported in literature, and secondly to assess about their electrical stability under prolonged operation of 11,5 hours with constant applied gate and drain voltages of -8 V. Relatively high mobility values of the order of 10^-2 cm^2/(Vs) have been obtained for both materials. Electrical instability has been observed for OFETs with both materials, suggesting the necessity of further studies for understanding the physical mechanisms behind. Finally, Quinacridone has been demonstrated to work with mobility of 5,0x10^-4 cm^2/(Vs) in OFETs with a flexible polymeric substrate.

I pigmenti organici con legame a idrogeno, naturali o sintetizzati chimicamente, sono recentemente apparsi nell’elettronica organica, dimostrando elevati valori di mobilità e elevata stabilità contro il dedrago in aria quando utilizzati come semiconduttori nei transistor organici ad effetto di campo. Tuttavia, sono ancora poche le informazioni circa l’uso di questi materiali organici come semiconduttori, rendendo dunque difficile stabilire il potenziale e le limitazioni che offrono per un futuro inserimento nel mercato di transistor basati su di essi. Questo lavoro tratta di transistor organici a canale p basati su due pigmenti biodegradabili, Epindolidione e Quinacridone, depositati su un doppio strato dielettrico, costituito da un film di Pentacontane, un alcano idrofobico, ed un film di ossido di alluminio ottenuto mediante anodizzazione. Scopo del lavoro è quello di fornire maggiori informazioni sul comportamento di questi materiali nei transistors. Transistor basati su Epindolidione e Quinacridone sono stati caratterizzati elettricamente per verificare l’effettiva possibilità di ottenere le elevate mobilità riportate in letturatura e, inoltre, per valutare la stabilità elettrica dei dispositivi durante il funzionamento prolungato per 11,5 ore con un potenziale costante di -8 V applicato ai contatti di gate e drain. Valori relativamente elevati di mobilità, dell’ordine di 10^-2 cm^2/(Vs) , sono stati ottenuti per entrambi i materiali. L’instabilità elettrica osservata nei dispositivi rende necessari ulteriori studi per approfondire le cause di questo fenomeno. Infine, abbiamo dimostrato come Quinacridone può essere utilizzato anche su un substrato polimerico flessibile, con mobilità di 5,0x10^-4 cm^2/(Vs).