Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor (INCDFM)-CO

Dr. Anca Stanculescu-Director proiect

Dr. Nicoleta Preda-cercetator stiintific 1

Dr. Marcela Socol-cercetator stiintific 1

Dr. Oana Rasoga-Cercetator stiintific 2

Dr. Carmen Breazu-Cercetator stiintific 3

Dr. Paul Ganea-cercetator stiintific 3

Gabriela Petre -Doctorand

Institutul de Chimie Macromoleculara "Petru Poni" (ICMPP)-P1

Dr. Andrei Honciuc-Responsabil partener

Dr. Ana-Maria Solonaru-cercetator stiintific

Dr. Oana-Iulia Negru-asistent cercetare

Institutul National de cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Laserilor, Plasmei si radiatiei (INFLPR)-P2

Dr. Gabriel Socol- Responsabil partener

Dr. Gianina Popescu-Pelin-cercetator stiintific 3

Andreea Mihailescu-asistent cercetare, doctorand

Andrei Stochioiu-doctorand

Ion Tudor-tehnician

Etapa 1: Prepararea stratului activ pentru canalul structurii OFET din noi compusi organici si a electrodului poarta

In cadrul acestei etape au fost sintetizati si caracterizati preliminar compuși organici (donori si acceptori) care vor fi utilizati in etapele urmatoare in realizarea materialului activ al canalului structurii de tranzistor cu efect de camp organic (OFET). Perilendiimidele au fost propuse ca aceptori deoarece au o mare afinitate pentru electroni, un coeficient de absorpţie a luminii mare si proprietăţi de transport bune. Prin funcţionalizarea, in diferite pozitii, cu grupări alchil sau aril la atomii de azot, este imbunatatita solubilitatea in solventi obisnuiti, este impiedicata agregarea si favorizata obtinerea unor straturi subtiri de o calitate buna pentru aplicatii electronice (OFET).

S-a evidentiat pentru compusul acceptor selectat, care contine gruparea substituenta alchil, o buna absorbtie in vizibil si o pozitie a nivelelor HOMO si LUMO favorabila unui transport al purtatorilor care nu este limitat de fenomenul de "trapping".  De asemenea au fost sintetizati doi monomeri arilenvinilenici si monomeri intermediari pentru obtinerea polimerilor cu structura arilenvinilenică şi/sau arilenetinilenică continand 2,7-dibrom N-(2-etil hexil) carbazol. Acesti compusi prezentand o absorbtie extinsa si un bun transport al purtatorilor vor fi utilizati ca donori.

Straturi din oxizi conductori transparenti/TCO (Al:ZnO/AZO, In:ZnO/IZO 90) au fost depuse prin PLD pe diferite tipuri de substraturi flexibile: PES 0,25 mm, PES 0,5 mm, PET amorf, PET biaxial orientat si sticla flexibila. Coreland proprietatile morfologice (depunere uniforma) cu cele de transmisie (>90 %) si rezistenta de suprafata  (~5x10² ohm/□ ), substraturile din PES  0,5 mm si PES 0,25 mm pot fi selectate pentru depunerea stratului conductor transparent din AZO si IZO90.

Au fost depuse straturi unicomponent (donor, acceptor) si mixte donor (monomer arilenvinilenic) : acceptor (derivat al perilendiimidei), pe substraturile mentionate, folosind evaporarea si depunerea in vid. Analiza FTIR a confirmat obtinerea straturilor mixte continand ambele componente si consevarea structurii chimice a donorului si acceptorului, in timpul depunerii. Analiza optica a evidentiat ca, in principiu, toate tipurile de substrat pot fi utilizate pentru depunerea straturilor organice care prezinta absorbtii atat in UV cat si in vizibil, cu exceptia substratului de PES 0,25 mm care taie semnalul pentru lungimi de unda <400 nm. Considerand pierderile prin mecanisme de relaxare radiativa, a rezultat ca cele mai potrivite substraturi pentru depunerea de straturi organice simple si mixte din compusii mentionati, pentru aplicatii in Vis sunt PET amorf, PET biaxial si sticla flexibila, iar pentru aplicatii in UV este sticla flexibila. Coreland rezultatele de transmisie si fotoluminescenta, substratul din PES 0,25 mm nu poate fi utilizat in domeniul UV. Tinand cont atat de morfologia stratului (rugozitate mica care reduce imprastierea) cat si de proprietatile optice, sticla flexibila este o optiune buna de substrat pentru depunerea straturilor organice mixte. Proprietatile dielectrice ale stratului organic nu sunt semnificativ afectate de tipul de substrat, deci ele nu au un rol critic in selectarea acestuia. Considerand proprietatile electrice ale straturilor TCO  si ale stratului organic, PES 0,5 mm si PES 0,25 mm sunt substraturi potrivite pentru depunere.  Alegerea substratului pentru realizarea structurii OFET este un proces care necesita luarea in considerare a mai multor factori cum ar fi: tipul si proprietatile stratului conductor transparent, compozitia si proprietatile stratului mixt. Substratul acoperit de conductorul transparent (poarta in structura de OFET) trebuie sa fie transparent in UV si/sau vizibil pentru ca radiatia sa ajunga la stratul activ, iar stratul organic trebuie sa absoarba radiatia UV si/sau din vizibil care va fi implicata in generarea purtatorilor de sarcina.

In concluzie obiectivele fazei au fost atinse: au fost sintetizati si caracterizati compusi acceptori si donori, depuse straturi conductoare transparente si organice pe substrat flexibil. Straturile au fost caracterizate din punct de vedere morphologic, optic, electric, dielectric in vederea selectarii, in corelatie cu tipul de substrat. Heterostructura cu stratul organic mixt (monomer arilenvinilenic: perilendiimida) depus pe AZO flexibil a prezentat cele mai bune proprietati de transport.

1 lucrare comunicata: “7^th European Congress on Advanced Nanotechnology and Nanomaterials Webinar” November 14^th- 15th, 2022, Rome, Italy.

Titlu: "Organic heterostructure with dendrimer:non-fullerene mixed layer for electronic applications"

Autori: C. Breazu¹, A. Lutgarde Djoumessi Yonkeu², O. Rasoga¹, M. Socol¹, N. Preda¹, G. Petre^1,3,F. Stanculescu³, A. Stanculescu¹, E. Iwouha²

¹National Institute of Materials Physics, Atomistilor 405A, 077125, Magurele, Romania, ²University of Western Cape, Department of Chemistry, SensoLab, Robert Sobukwe Road, P. Bag X17, Bellville 7535, Cape Town, South Africa^3, University of Bucharest, Faculty of Physics, 405 Atomistilor Street, P.O. Box MG-11, Bucharest-Magurele, 077125 Romania, ⁴Laboratoire LPHIA, Université d’Angers, LUNAM 2, Bd. Lavoisier 49045, Angers, France

1 lucrare acceptata spre publicare in revista Nanomaterials

Titlu: "Effect of Aluminum nanostructured electrode on the properties of bulk heterojunctions based heterostructures for electronics"

Autori: Oana Rasoga¹, Carmen Breazu¹, Marcela Socol¹, Ana-Maria Solonaru², Loredana Vacareanu², Gabriela Petre^1,3, Nicoleta Preda¹, Florin Stanculescu³, Gabriel Socol⁴, Mihaela Girtan⁵, Anca Stanculescu¹

¹National Institute of Materials Physics, 405A Atomistilor Street, P.O. Box MG-7Magurele, 077125 Romania; ²P. Poni Institute of Macromolecular Chemistry, 41 A Gr. Ghica Voda Alley, 700487, Iasi, Romania; ³University of Bucharest, Faculty of Physics, 405 Atomistilor Street, P.O. Box MG-11, Magurele, 077125 Romania; ⁴⁴National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics, Str. Atomistilor, Nr. 409, PO Box MG-36, Bucharest, 077125, Romania; ⁵Laboratoire LPHIA, Université d’Angers, LUNAM, 2 Bd. Lavoisier 49045, Angers, France

Anca Stanculescu (sanca@infim.ro)