Vertical structure permeable-base hybrid transistors based on multilayered metal base for stable electrical characteristics

In this work we present a permeable base transistor consisting of a 60 nm thick N,N'diphenyl-N,N'-bis(1-naphthylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine layer or a 40 nm thick 2,6-diphenyl-indenofluorene layer as the emitter, a CalAl/Ca multilayer as the metal base, and p-Si as collector. In the base, the Ca layers are 5 nm thick and the Al layer was varied between 10 and 40 nm. the best results obtained with a 20 nm thick layer. The devices present common-base current gain with both organic layer and silicon acting as emitter, but there is only observable common-emitter current gain when the organic semiconductor acts as emitter. The obtained common-emitter current gain, similar to 2, is independent on collector-emitter voltage, base current and organic emitter in a reasonable wide interval. Air exposure or annealing of the base is necessary to achieve these characteristics, indicating that an oxide layer is beneficial to proper device operation.

Luminescent Boron-Contained Ladder-Type pi-Conjugated Compounds

Four diboron-contained ladder-type pi-conjugated compounds 1-4 were designed and synthesized. Their thermal, photophysical, electrochemical properties, as well as density functional theory calculations, were fully investigated. The single crystals of compounds 1 and 3 were grown, and their crystal structures were determined by X-ray diffraction analysis. Both compounds have a ladder-type g-conjugated framework. Compounds I and 2 possess high thermal stabilities, moderate solid-state fluorescence quantum yields, as well as stable redox properties, indicating that they are possible candidates for emitters and charge-transporting materials in electroluminescent (EL) devices. The double-layer device with the configuration of [ITO/NPB (40 nm)/1 or 2 (70 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (200 nm)] exhibited good EL performance with the maximum brightness exceeding 8000 cd/m(2).

Stimulated emission from distyrylbenzene derivative crystals grown by vapor

Narrowed spectra at 452 nm from a thin platelike crystal of distyrylbenzene derivative, 2,5-diphenyl-1,4-distyrylbenzene with two trans double bonds (trans-DPDSB) grown by vapor deposition, are observed. The trans-DPDSB crystal is irradiated by the third harmonic (355 nm) of a Nd:YAG laser. The FWHM of the narrowed spectra can reach 6 nm for the crystal when the pumping energy is 400 mu J/pulse. The threshold value for an optically pumped laser is approximately 350 mu J/pulse.

Electrical characteristics of copper phthalocyanine thin-film transistors with polyamide-6/polytetrafluoroethylene gate insulator

Polyamide- 6(PA 6)/polytetrafluoroethylene is studied as a potential gate dielectric for flexible organic thin film transistors. The same method used for the formation of organic semiconductor and gate dielectric films greatly simplifies the fabrication process of devices. The fabricated transistors show good electrical characteristics. Ambipolar behaviour is observed even when the device is operated in air.

Efficient synthesis of trimethylsilyl-substituted dithieno[2,3-b:3',2'-d]thiophene,tetra[2,3-thienylene] and hexa[2,3-thienylene] from substituted [3,3']Bithiophenyl

Efficient synthetic procedures for the preparation of beta-trithiophenes (dithieno[2,3-b:3',2'-d]thiophene) and two macrocyclic compounds, tetra[2,3-thienylene] and hexa[2,3-thienylene] bearing trimethylsilyl (TMS) groups from 2,2'-dibromo-5,5'-bistrimethylsilanyl[3,3']bithiophenyl are reported. The UV-Vis spectra property and crystal structures of these macrocyclic oligothiophenes are described.

Copper phthalocyanine on InSb(111)A?interface bonding, growth mode and energy band alignment

Copper phthalocyanine on InSb(111)A?interface bonding, growth mode and energy band alignment, D.A. Evans, H.J. Steiner, S. Evans, R. Middleton, T.S. Jones, S. Park, T.U. Kampen, D.R.T. Zahn, G. Cabailh and I.T. McGovern, J. Phys.: Condens. Matter, 15, S2729?S2740, (2003)

Orientation effects in copper phthalocyanine films studied by electron paramagnetic resonance spectroscopy

The metallo-phthalocyanines (MPcs) are an interesting group of organic semiconductor materials for applications such as large area solar cells due to their optoelectronic properties coupled with the possibility of easily and cheaply fabricating thin films of MPcs [1, 2]. As for organic semiconductors in general, many of the interesting properties of the MPcs such as magnetism, light absorption and charge transport, are highly anisotropic [2, 3]. To maximise the efficiency of a device based on these materials it is therefore important to study their molecular orientation in films and to assess the influence of different growth conditions and substrate treatments.
X-ray diffraction is a well established and powerful technique for studying texture (and hence molecular orientation) in crystalline materials, but it cannot provide any information about amorphous or nanocrystalline films. In electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy the signal comes from the spin of unpaired electrons in the material. This technique therefore does not require the sample to be crystalline. It works for any sample with paramagnetic centres such as the MPcs where the unpaired electrons are contributed by the metal. In this paper we present a continuous-wave X-band EPR study using the anisotropy of the EPR spectrum of CuPc [4] to determine the orientation effects in different types of CuPc films. From these measurements we gain insight into the molecular arrangement of films with different spin concentrations, and apply our technique to the study of molecular orientation in photovoltaic cells.

Anisotropie de la photoluminescence dans des nanostructures organiques chirales autoassemblées

Nous investiguons dans ce travail la dynamique des excitons dans une couche mince d’agrégats H autoassemblés hélicoïdaux de molécules de sexithiophène. Le couplage intermoléculaire (J=100 meV) place ce matériau dans la catégorie des semi-conducteurs à couplage de type intermédiaire. Le désordre énergétique et la forte interaction électronsphonons causent une forte localisation des excitons. Les espèces initiales se ramifient en deux états distincts : un état d’excitons autopiégés (rendement de 95 %) et un état à transfert de charge (rendement de 5%). À température de la pièce (293K), les processus de sauts intermoléculaires sont activés et l’anisotropie de la fluorescence décroît rapidement à zéro en 5 ns. À basse température (14K), les processus de sauts sont gelés. Pour caractériser la dynamique de diffusion des espèces, une expérience d’anisotropie de fluorescence a été effectuée. Celle-ci consiste à mesurer la différence entre la photoluminescence polarisée parallèlement au laser excitateur et celle polarisée perpendiculairement, en fonction du temps. Cette mesure nous donne de l’information sur la dépolarisation des excitons, qui est directement reliée à leur diffusion dans la structure supramoléculaire. On mesure une anisotropie de 0,1 après 20 ns qui perdure jusqu’à 50ns. Les états à transfert de charge causent une remontée de l’anisotropie vers une valeur de 0,15 sur une plage temporelle allant de 50 ns jusqu’à 210 ns (période entre les impulsions laser). Ces résultats démontrent que la localisation des porteurs est très grande à 14K, et qu’elle est supérieure pour les espèces à transfert de charge. Un modèle numérique simple d’équations différentielles à temps de vie radiatif et de dépolarisation constants permet de reproduire les données expérimentales. Ce modèle a toutefois ses limitations, notamment en ce qui a trait aux mécanismes de dépolarisation des excitons.

Mise en place de l'expérience d'absorption transitoire femtoseconde et son application sur des dérivés du pérylène diimide

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Dynamique des photoexcitations de nanostructures supramoléculaires d'oligothiophènes

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Influence de la structure moléculaire sur la structure cristalline et électronique de molécules organiques conjuguées : une étude spectroscopique

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Vers la fabrication d’échantillons permettant la condensation Bose-Einstein de polaritons excitoniques dans des cristaux d’anthracène en microcavités

Nous investiguons dans ce travail la création d'échantillons permettant l'étude du comportement des polaritons excitoniques dans les matériaux semi-conducteurs organiques. Le couplage fort entre les états excités d'électrons et des photons impose la création de nouveaux états propres dans le milieu. Ces nouveaux états, les polaritons, ont un comportement bosonique et sont donc capables de se condenser dans un état fortement dégénéré. Une occupation massive de l'état fondamental permet l'étude de comportements explicables uniquement par la mécanique quantique. La démonstration, au niveau macroscopique, d'effets quantiques promet d'éclairer notre compréhension de la matière condensée. De plus, la forte localisation des excitons dans les milieux organiques permet la condensation des polaritons excitoniques organiques à des températures beaucoup plus hautes que dans les semi-conducteurs inorganiques. À terme, les échantillons proposés dans ce travail pourraient donc servir à observer une phase cohérente macroscopique à des températures facilement atteignables en laboratoire. Les cavités proposées sont des résonateurs Fabry-Perot ultraminces dans lesquels est inséré un cristal unique d'anthracène. Des miroirs diélectriques sont fabriqués par une compagnie externe. Une couche d'or de 60 nanomètres est ensuite déposée sur leur surface. Les miroirs sont ensuite mis en contact, or contre or, et compressés par 2,6 tonnes de pression. Cette pression soude la cavité et laisse des espaces vides entre les lignes d'or. Une molécule organique, l'anthracène, est ensuite insérée par capillarité dans la cavité et y est cristallisée par la suite. Dans leur état actuel, les cavités présentent des défauts majeurs quant à la planarité des miroirs et à l'uniformité des cristaux. Un protocole détaillé est présenté et commenté dans ce travail. Nous y proposons aussi quelques pistes pour régler les problèmes courants de l'appareil.

Dynamique de séparation de charges à l'hétérojonction de semi-conducteurs organiques

Une compréhension profonde de la séparation de charge à l’hétérojonction de semi-con- ducteurs organiques est nécessaire pour le développement de diodes photovoltaïques organiques plus efficaces, ce qui serait une grande avancée pour répondre aux besoins mondiaux en énergie durable. L’objectif de cette thèse est de décrire les processus impliqués dans la séparation de charges à hétérojonctions de semi-conducteurs organiques, en prenant en exemple le cas particulier du PCDTBT: PCBM. Nous sondons les excitations d’interface à l’aide de méthodes spectroscopiques résolues en temps couvrant des échelles de temps de 100 femto- secondes à 1 milliseconde. Ces principales méthodes spectroscopiques sont la spectroscopie Raman stimulée femtoseconde, la fluorescence résolue en temps et l’absorption transitoire. Nos résultats montrent clairement que le transfert de charge du PCDTBT au PCBM a lieu avant que l’exciton ne soit relaxé et localisé, un fait expérimental irréconciliable avec la théorie de Marcus semi-classique. La paire de charges qui est créée se divise en deux catégories : les paires de polarons géminales non piégées et les paires profondément piégées. Les premiers se relaxent rapidement vers l’exciton à transfert de charge, qui se recombine radiativement avec une constante de temps de 1– 2 nanoseconde, alors que les seconds se relaxent sur de plus longues échelles de temps via l’effet tunnel. Notre modèle photophysique quantitatif démontre que 2 % de l’excitation créée ne peut jamais se dissocier en porteurs de charge libre, un chiffre qui est en accord avec les rendements élevés rapportés pour ce type de système.

Spectroscopie ultrarapide cohérente et non linéaire dans les semiconducteurs organiques

Nous avons étudié la cohérence excitonique dans le poly[N- 9’-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thienyl-2’,1’,3’-benzothiadiazole] (PCDTBT). À l’aide d’un modulateur spatial de lumière, nous avons forgé des impulsions lasers ultracourtes permettant de sonder les cohérences du système. Nous nous sommes concentrés sur les propriétés cohérentes des états excitoniques, soit le singulet et l’état à transfert de charge. Nous avons observé que 35 fs après l’excitation, le singulet et l’état à transfert de charge sont toujours cohérents. Cette cohérence se mesure à l’aide de la visibilité qui est de respectivement environ 10% et 30%. De plus, nous avons démontré que les mécanismes permettant de générer du photocourant dans de tels dispositifs photovoltaïques ne sont déjà plus cohérents après 35 fs. Ces mesures révèlent une visibilité inférieure à 3%, ce qui est en deçà de la précision de nos instruments. Nous concluons donc que les états à transfert de charge ne sont pas les états précurseurs à la génération de photocourant, car ceux-ci se comportent très différemment dans les mesures de cohérences.

Étude de dépendance des dynamiques de Polarons avec microstructures des semi-conducteurs polymériques

Cet ouvrage présente une étude portant sur le polymère P3EHT (poly(3-(20-ethyl)hexyl-thiophene)). Parmi les nombreuses caractéristiques de la dynamique des polarons pouvant être étudiées, seules celles liées aux changement de morphologie le seront dans ce travail. De plus, la vérification du modèle HJ permet d’expliquer la photophysique des polymères conjugués, grâce à l’étude des spectres de photoluminescence. L’étude de la dynamique des polarons à travers l’absorption photo-induite en fonction de la fréquence a permis de trouver les durées de vie pour un même échantillon avec des morphologies différentes. Les résultats ont démontré que la morphologie est non seulement fondamentale pour l’étude des polarons, mais consiste aussi en une caractéristique essentielle pour comprendre le nouveau modèle HJ.