[논문 리뷰] Spectral distribution and density of X-ray induced trap states in the organic semiconductor Rubrene

T. Morf, S. Haas외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 15.

Electron and X-Ray Spectroscopy Techniques인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 고전적인 유기 반도체인 루브레인에서 X선에 의해 유도된 함정 상태를 정량화하여, 각 8 keV 광자가 발화대상 위 약 0.3 eV 곳에 약 100개의 함정을 생성함을 밝혀내었으며, 이는 1 MeV 프로톤보다 2–3개 항목 더 높은 효율을 보임을 시사한다. 열처리를 통해 이러한 함정 상태가 감소함을 확인하였고, 이는 반데르발스 결합을 가진 유기 반도체에서 함정 상태의 일반적인 기원으로 국소적 구조적 불규칙성을 지목한다.

ABSTRACT

In controlled X-ray irradiation experiments, the formation of trap states in the prototypical van der Waals bonded semiconductor Rubrene is studied quantitatively for doses up to 82 Gy (Gy = J/kg). About 100 electronic trap states, located around 0.3 eV above the valence band, are created by each absorbed 8 keV photon which is 2-3 orders of magnitude more than 1 MeV protons produce. Thermal annealing is shown to reduce these traps. Local structural disorder, which has also been induced by other means in different studies, is thus identified as a common origin of trap states in van der Waals bonded molecular organic semiconductors.

연구 동기 및 목표

• 제어된 X선 조사 조건에서 루브레인에 형성된 함정 상태의 스펙트럼 분포 및 밀도를 이해하기 위해.
• 8 keV에서 흡수된 X선 광자당 생성된 함정 상태의 수를 정량화하기 위해.
• 유기 반도체에서 8 keV X선과 1 MeV 프로톤의 함정 형성 효율을 비교하기 위해.
• 열처리가 X선 유도 함정 상태에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 반데르발스 결합을 가진 유기 반도체에서 함정 상태의 기초 물리적 기원을 규명하기 위해.

제안 방법

• 최대 82 Gy의 용량으로 루브레인 필름에 제어된 X선 조사 실험을 수행함.
• 온도 의존 전류-전압 분광법을 사용하여 함정 상태의 스펙트럼 분포 및 밀도를 측정함.
• X선 용량과 광자 에너지로 정규화하여 함정 수를 광자당 함정 밀도로 계산함.
• 조사된 샘플에 열처리를 실시하여 함정 복구 및 안정성 평가함.
• 이전 연구에서 유사한 유기 반도체에 대해 보고된 바와 같이, 함정 형성과 구조적 불규칙성 간의 연관성을 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 루브레인에서 8 keV X선 광자당 얼마나 많은 함정 상태가 생성되는가?
• RQ2 조사된 루브레인에서 함정 상태는 발화대에 비해 스펙트럼적으로 어디에 분포되어 있는가?
• RQ3 동일한 재료에서 8 keV X선에 의한 함정 밀도는 1 MeV 프로톤에 의한 것과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 루브레인에서 열처리로 X선 유도 함정 상태는 어느 정도 감소하는가?
• RQ5 반데르발스 결합을 가진 유기 반도체에서 함정 상태의 공통된 물리적 기원은 무엇인가?

주요 결과

• 흡수된 각 8 keV X선 광자는 루브레인에서 약 100개의 전자 함정 상태를 생성함.
• 함정 상태는 주로 발화대 최대값에서 약 0.3 eV 위에 집중적으로 분포함.
• 8 keV X선의 함정 형성 효율은 1 MeV 프로톤보다 2–3개 항목 더 높음.
• 열처리가 루브레인에서 X선 유도 함정 상태의 밀도를 효과적으로 감소시킴.
• 국소적 구조적 불규칙성이 반데르발스 결합을 가진 유기 반도체에서 함정 상태의 공통 기원으로 규명되었으며, 다른 연구 결과와 일치함.