Espectroscopia de modulación de carga - Charge modulation spectroscopy
La espectroscopia de modulación de carga es una herramienta de técnica de espectroscopia electroóptica. Se utiliza para estudiar el comportamiento del portador de carga del transistor de efecto de campo orgánico . Mide la variación de transmisión óptica introducida por la carga sondeando directamente la carga de acumulación en la interfaz de combustión del semiconductor y la capa dieléctrica donde se forma el canal de conducción.
Principios
A diferencia de la espectroscopia ultravioleta-visible que mide la absorbancia, la espectroscopia de modulación de carga mide la variación de transmisión óptica introducida por la carga. En otras palabras, revela las nuevas características de la transmisión óptica introducidas por las cargas. En esta configuración, hay principalmente cuatro componentes: lámpara, monocromador , fotodetector y amplificador de bloqueo . 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 el fotodiodo registra la luz transmitida. Cuando la relación señal / ruido es muy baja, la señal se puede modular y recuperar con un amplificador Lock-in.
En el experimento, se aplica una corriente continua más una polarización de corriente alterna al transistor de efecto de campo orgánico. Los transportes de carga se acumulan en la interfaz entre el dieléctrico y el semiconductor (generalmente unos pocos nanómetros). Con la aparición de la carga de acumulación, cambia la intensidad de la luz transmitida. La variación de la intensidad de la luz ( § Señal de absorción de blanqueamiento y carga ) se recopila a través del fotodetector y el amplificador de bloqueo. La frecuencia de modulación de carga se proporciona al amplificador Lock-in como referencia.
Modular la carga en el transistor de efecto de campo orgánico.
Hay cuatro arquitecturas de transistor de efecto de campo típicamente orgánicas: puerta superior, contactos inferiores; puerta inferior, contactos superiores; puerta inferior, contactos inferiores; puerta superior, contacto superior.
Para crear la capa de carga de acumulación, se aplica un voltaje de corriente continua positivo / negativo a la puerta del transistor de efecto de campo orgánico (positivo para el transistor tipo P, negativo para el transistor tipo N). Para modular la carga, se proporciona un voltaje de CA entre la puerta y la fuente. Es importante notar que solo la carga móvil puede seguir la modulación y que la frecuencia de modulación dada al amplificador de bloqueo debe ser sincrónica.
Espectros de modulación de carga
La señal de espectroscopia de modulación de carga se puede definir como la transmisión diferencial dividida por la transmisión total . Modulando los operadores móviles, se podrían observar tanto un aumento de transmisión como una disminución de características de transmisión . El primero se relaciona con el blanqueo y el segundo con la absorción de carga y la absorción inducida eléctricamente (electroabsorción). Los espectros de espectroscopía de modulación de carga son una superposición de características de electro-absorción e inducidas por carga. En los transistores, la electroabsorción es más significativa durante la caída de alto voltaje. Hay varias formas de identificar la contribución de la electroabsorción, como obtener el segundo armónico o sondearlo en la región de agotamiento.
Blanqueo y absorción de cargas
Cuando el portador de carga de acumulación elimina el estado fundamental del polímero neutro, hay más transmisión en el estado fundamental. A esto se le llama blanqueamiento . Con el exceso de hueco o electrones en el polímero, habrá nuevas transiciones a bajos niveles de energía, por lo que se reduce la intensidad de transmisión , esto está relacionado con la absorción de carga.
Electro-absorción
La electroabsorción es un tipo de efecto Stark en el polímero neutro, predomina en el borde del electrodo ya que hay una fuerte caída de voltaje. La electroabsorción se puede observar a partir del segundo espectro de espectroscopía de modulación de carga armónica.
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. A diferencia de la espectroscopía de modulación de carga, que se centra en todo el transistor, la microscopía de modulación de carga nos proporciona los espectros y el mapa locales. Gracias a esta tecnología, los espectros de canal y de electrodo se pueden obtener individualmente. Se puede observar una dimensión más local de los espectros de modulación de carga (alrededor de un submicrómetro) sin una característica de electro-absorción 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 del portador de carga en el canal activo del transistor de efecto de campo orgánico. En otras palabras, se puede observar una morfología de portador funcional. Es bien sabido que la densidad del portador local puede estar relacionada con la microestructura del polímero. Con base en los cálculos de la teoría funcional de 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. La dirección local puede correlacionarse con el orden de orientación de los dominios poliméricos. Los dominios más ordenados muestran una alta movilidad de portadora del dispositivo de transistor de efecto de campo orgánico.
Ver también
- Espectroscopia ultravioleta visible
- Transistor de efecto de campo orgánico
- Efecto Stark
- Microscopia confocal
Referencias
Otras lecturas
- Ziffer, Mark E .; Mohammed, Joseph C .; Ginger, David S. (20 de mayo de 2016). "Mediciones de espectroscopia de electroabsorción de la energía de unión del excitón, masa efectiva reducida de electrones-agujero y 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 rubrene". Letras de física aplicada . 102 (9): 093301. 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" . Materiales Horizontes . 4 (4): 608–618. doi : 10.1039 / C7MH00091J .