PACS numbers: 81.05.Lg, 85.30.Tv

Review of Bipolar Field-Effect Transistors Based on Organic Semiconductors

Kang Dae Kim · Shinuk Cho ^∗

Department of Physics and EHSRC, University of Ulsan, Ulsan 680-749, Korea (Received 25 September 2012 : revised 17 October 2012 : accepted 31 December 2012)

Organic semiconducting materials have received immense attention as active materials for future flexible optoelectronic devices because of their optical and electrical properties, which are like those of a conventional metal or semiconductor, as well as their mechanical advantage and processibility, which are commonly associated with conventional plastic materials. Particularly, organic ambipolar thin film transistors, which integrate both p-type and n-type channels in one device and thereby simplify circuit design and fabrication processes, are particularly attractive for use in low-cost, flexible, and portable electronic applications. In this article, we will introduce the device structure and the operation principles of organic ambipolar thin film transistors. In addition, some technical approaches to enhance performance of organic ambipolar thin film transistors, such as post-thermal annealing and processing additive method, will be introduced. Finally, organic ambipolar thin film transistors that are fabricated with a single material and show equivalent bipolar transport properties will be introduced.

PACS numbers: 81.05.Lg, 85.30.Tv

Keywords: Organic electronics, Semiconducting polymer, Organic thin film transistors, Ambipolar

–

¥M Œ ˜ my ¢= kõ u § T “ Ó Þ” X ¢ W ë s Œ £ ;V R Ë – ¥M U c lT c l ² Ž O U ­ Ž' [

™ »~ ç ¡6 0 · ‚ Ð , > ] 8 ; ^∗

Ö 

¦ í ß –@ /† < Ɠ § Ó ü t o † < Æõ , \  -t  Z …Û ¼à Ô Û ¼ž Ðo t  ƒ  ½ ¨G ' p'  (EHSRC) (2012¸   9 Z 4 25{ 9  ~ à Î6 £ §, 2012¸   10 Z 4 17{ 9  à º& ñ ‘ : r ~ à Î6 £ §, 2012¸   12 Z 4 31{ 9  > F  S X ‰& ñ )

Ä

»l  ~ à Ì} Œ • à Ô ½ ™t Û ¼'  (OTFT)  H ] j Œ • / B N& ñ s  ç ß –é ß – “ ¦ q 6   x s  $ § 4     H  © œ& h õ   8Ô  ¦ # Q Ä »l  ì

ø ͕ ¸^ ‰  ^ ‰ t   H / B N$ í , Ä »ƒ  $ í 1 p x Ü ¼– Ð “  K  Ä »ƒ  ô  Ç (flexible) „   l l \  ¦ ½ ¨‰ & ³ ½ + É Ã º e ”    H

0 p x$ í Ü ¼– Ð p A + þ A „   l l _  Ù þ ˜d ”  ½ ¨1 l x ™ è – Ð" f ´ ú §“ É r › ' a d ” `  ¦ ~ à Γ ¦ e ”  . : £ ¤ y , ô  Ç ™ è \ " f p+ þ Aõ  n+ þ As  1 l x r \  ½ ¨‰ & ³÷ &  H € ª œF G$ í OTFT  H ½ ¨1 l x  r– Ð_  [ O >  x 9  ] j Œ • / B N& ñ `  ¦ é ß –í  H  o r v “ ¦  € ª œô  Ç l  0

p

x`  ¦  Ò r ~  ´ à º e ” # Q 7 á §  8  â | ¾ Ó o, ™ è+ þ A o  ) a p A + þ A „    l l \  ¦ ½ ¨‰ & ³ ½ + É Ã º e ” • ¸2 Ÿ ¤ K ï  r  . ‘ : r  7 H ë 

H \ " f  H s  Qô  Ç € ª œF G$ í OTFT_  ½ ¨› ¸ x 9  ½ ¨1 l x " é ¶ o \  ¦ > h F ‹ c& h Ü ¼– Ð ™ è> h “ ¦ € ª œF G$ í OTFT_  ½ ¨‰ & ³

` 

¦ 0 AK  € 9 כ ¹ô  Ç ™ èF ü < ™ è  ½ ¨‰ & ³ l Õ ü t \  @ /K " f ¶ ú ˜( R˜ Ѐ Œ ¤ . €  $  € ª œF G$ í OTFT_  ½ ¨‰ & ³`  ¦ 0 AK  ‰ & ³ F

  © œ ; Ÿ ¤V , >   Ö ¸6   x ÷ &  H s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦  Ö ¸6   x ô  Ç l Õ ü t`  ¦ ™ è> h “ ¦ 1 l x ™ è \ " f „   _  s 1 l x • ¸\  ¦ Z  } s  l

 0 Aô  Ç Ê ê \ P % ƒo Z O õ  ' ‘ ] j\  ¦ s 6   x ô  Ç  o† < Æ& h  ~ ½ ÓZ O  1 p x`  ¦ [ O " î “ ¦,  8Ô  ¦ # Q þ j   H \  ˜ Г ¦  ) a € ª œF G$ í

$ í

| 9 `  ¦ t   H é ß –{ 9  Ó ü t| 9 `  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G$ í OTFT\  @ /K  · ú ˜ ˜ Г ¦  ô  Ç .

PACS numbers: 81.05.Lg, 85.30.Tv

Keywords: Ä »l  „    / B N † < Æ, “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰, Ä »l  ~ à Ì} Œ • à Ô ½ ™t Û ¼' , € ª œF G$ í

∗

E-mail: [email protected] 1

I. " e  ] Ø

1970¸   Ê êì ø Í\  A. J. Heeger “ §Ã ºü < A. G. MacDiarmid

“

§Ã º ƒ  ½ ¨h Ë >\ " f { 9 ‘ : r _  H. Shirakawa “ §Ã º ½ + Ë$ í ô  Ç e  ¦ o

 [ j 9 E $ ™(polyacetylene) € 9 2 £ § \  ½ + ɖ Ð
 p " é ¶ ™ è[ þ t`  ¦ • ¸ i ç

(doping) # Œ „  l  „  • ¸• ¸ / å L  y  7 £ x    H  ҕ ¸^ ‰- F

K5 Å q  © œ„  s  ‰ & ³ © œ`  ¦ µ 1 Ï| ô  Ç s Ê ê Ä »l  ½ + Ë$ í Ó ü t| 9 “ É r D h– Ð î

 r „  l , „    F « і Ð" f ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨\  ¦ 8 ú ¤ µ 1 Ïr v  9 t F K   t

 q €  •& h “   µ 1 τ  `  ¦  [ þ v K  M ® o   [1,2]. þ j   H 30 # Œ ¸  ç ß – F

K5 Å q x 9  ì ø ͕ ¸^ ‰& h  $ í | 9 `  ¦ t   H “ ¦ì  r    H ½ + Ë$ í ~ ½ ÓZ O _ 



€ ª œ† < Ê, $ í + þ A_  6   x s † < Ê,  â | ¾ Ó$ í , $ § 4 ô  Ç Ò q tí ß –q , Z  }“ É r Ò q t í

ß –$ í 1 p x _  s & h s   Òy Œ •÷ &€  " f ´ ú §“ É r D h– Ðî  r Ó ü t| 9 _  > hµ 1 Ï õ

 s \  ¦ s 6   x ô  Ç 6 £ x6   x ƒ  ½ ¨  Ö ¸ µ 1 Ïy  ”  ' Ÿ ÷ &# Q Ä »l  n Û ¼ e

 ¦ Y Us  [3–5], Ä »l  ~ à Ì} Œ • à Ô ½ ™t Û ¼'  (Organic Thin film Transistor, OTFT) [6–8], Ä »l  I € ª œ „  t  [9–11], F  g  Ž Ø  ¦ l

 [12], Ä »l  B j— ¸o  [13], Ä »l  È Ò" î „  F G [14,15] 1 p x à º´ ú §

“ É

r 6 £ x6   xì  r  \ " f F ‹ c3 l q ½ + É ë ß –ô  Ç $ í õ \  ¦ s = å J # Q ? /“ ¦ e ”   ( Õ ªa Ë > 1). Ä »l  „    F « Ñ\  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð   H # Œ Q 6 £ x6   x ™ è



 ×  æ \ " f• ¸ : £ ¤ y  OTFT  H z  ´o – B H`  ¦ l ì ø ÍÜ ¼– Ð   H Á º l

Ó ü t ì ø ͕ ¸^ ‰ FET\  q K  ] j Œ • / B N& ñ s  ç ß –é ß – “ ¦ q 6   x s 

$

§ 4     H  © œ& h õ   8Ô  ¦ # Q Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰  ^ ‰ t   H

/ B N$ í , Ä »ƒ  $ í `  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð Ä »ƒ  ô  Ç(flexible) „   l l \  ¦

½

¨‰ & ³ ½ + É Ã º e ”    H 0 p x$ í Ü ¼– Ð “  K  p A + þ A „   l l _  Ù þ

˜d ”  ½ ¨1 l x ™ è – Ð" f ´ ú §“ É r › ' a d ” `  ¦ ~ à Γ ¦ e ”   [16–18].

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð OTFT  H Á ºl Ó ü t l ì ø Í_  FETü <  ð ø Ít 

–

Ð ½ ¨1 l x „   _  7 á x À Ó\     & ñ / B N(hole)`  ¦ ½ ¨1 l x „   – Ð æ

¼  H p-type õ  „   (electron)\  ¦ ½ ¨1 l x „   – Ð  6   x   H n- type Ü ¼– Ð ß ¼> 
¾ º# Q”   . @ / Òì  r _  „    l l \   6   x

÷

&  H ½ ¨1 l x  r– Ѝ  H p-type õ  n-type ¿ º 7 á x À Ó FET_  › ¸½ + ËÜ ¼

–

Ð s À Ò# Q”   .   " f, ô  Ç ™ è \ " f p-typeõ  n-types  1

l

x r \  ½ ¨‰ & ³÷ &  H € ª œF G$ í (bipoalr) OTFT  H ½ ¨1 l x  r– Ð_  [ O

>  x 9  ] j Œ • / B N& ñ `  ¦ é ß –í  H  o r v “ ¦  € ª œô  Ç l 0 p x`  ¦  Ò

 r ~  ´ à º e ” # Q 7 á §  8  â | ¾ Ó o, ™ è+ þ A o  ) a p A + þ A „    l  l

\  ¦ ½ ¨‰ & ³ ½ + É Ã º e ” • ¸2 Ÿ ¤ K ï  r   [19–21]. t ë ß –, { 9 ì ø Í& h 

“

  Ä »l Ó ü t ì ø ͕ ¸^ ‰  H & ñ / B N _  s 1 l x • ¸ „   \  q K  ‰ & ³$  y

 Z  }  
 „   _  s 1 l x • ¸ & ñ / B N _  s 1 l x • ¸\  q K  ‰ & ³$  y

 Z  }“ É r q @ /g A „    à º5 Å x 0 p x§ 4 `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Òl  M :ë  H \  Ä »l  Ó

ü

t ì ø ͕ ¸^ ‰\  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G$ í à Ô ½ ™t Û ¼' _  ½ ¨‰ & ³`  ¦ 0 AK 

"

f  H : £ ¤Z > ô  Ç ] j Œ • l Z O `  ¦ € 9 כ ¹– Ð  
 „   ü < & ñ / B N s 

—

¸¿ º " é ¶ Ö ¸ y  ¹ ¡ §f ” s   H D h– Ðî  r Ó ü t| 9 `  ¦ > hµ 1 Ï   H 1 p x _  : £ ¤ Z >

ô  Ç ” ¸§ 4 `  ¦ € 9 כ ¹– Ð “ ¦ e ”   [22–25]. ‘ : r 8 ú x[ O   7 Hë  H \ 

"

f  H € ª œF G$ í OTFT_  ½ ¨› ¸ x 9  ½ ¨1 l x " é ¶ o \  ¦ > h F ‹ c& h Ü ¼– Ð

™

è> h “ ¦ € ª œF G$ í FET_  ½ ¨‰ & ³`  ¦ 0 AK  € 9 כ ¹ô  Ç ™ èF ü < ™ è



 ½ ¨‰ & ³ l Õ ü t \  @ /K " f ¶ ú ˜( R˜ Г ¦  ô  Ç .

Fig. 1. (Color online) Applications of organic electronic materials.

Fig. 2. (Color online) Schematic diagram of a top contact ambipolar OTFT using BHJ mixture (left), and a bilayer ambipolar OTFT (right).

II. – ¥M  U c lT c l ² Ž O U ­ Ž' [8 ý  Œ º õ m Í  ŒŽ Ò ÞÌ ¦ RP 

1. W ë s Œ £ ;V R Ë OTFT8 ý  Œ º

· ú

¡" f " f : r \ " f ƒ  / å L ) a  כ % ƒ! 3  { 9 ì ø Í& h “   Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ F

« Ñ[ þ t“ É r „   
 & ñ / B N ×  æ \  ô  Ç 7 á x À Ó „   ë ß –`  ¦ ¸ ú ˜ „  ² ú ˜

  H q @ /g A& h  „    à º5 Å x 0 p x§ 4 `  ¦ f ” Ü ¼– Ð “  K  € ª œF G

$ í

OTFT_  ½ ¨‰ & ³`  ¦ 0 AK " f  H : £ ¤Z > ô  Ç ™ è  ] j Œ • l Õ ü t

`

 ¦ 1 l x" é ¶ “ ¦ e ”  . ‰ & ³F  € ª œF G$ í OTFT\  ¦ ½ ¨‰ & ³ l  0 AK 

# 3

6   x& h Ü ¼– Ð  6   x ÷ &  H ~ ½ ÓZ O “ É r ß ¼>  ¿ º t – Ð, & ñ / B N „  

² ú

˜ Ó ü t| 9 õ  „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 `  ¦ { 9 & ñ q Ö  ¦ – Ð [ O # Q" f bulk- heterojunction (BHJ) + þ AI – Ð OTFT_   Ö ¸$ í 8 £ x \  • ¸{ 9 ô  Ç blend ~ ½ ÓZ O õ  & ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 õ  „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 `  ¦ 8 £ x  © œ

½

¨› ¸– Ð • ¸{ 9 ô  Ç bilayer ~ ½ ÓZ O s  ŠҖ Ð  Ö ¸6   x ÷ &“ ¦ e ”   [22–

28]. { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð ”  / B N 7 £ x ‚ à ÌZ O Ü ¼– Ð € 9 2 £ §`  ¦ + þ A$ í   H é ß –ì  r



 „    F « Ñ_   â Ä º Ê ê _  ~ ½ ÓZ O s  ´ ú §s   Ö ¸6   x ÷ &“ ¦ e ” Ü ¼ 9, 6   xÓ  o/ B N& ñ `  ¦ ŠҖ Ð  6   x   H ì ø ͕ ¸^ ‰$ í / B NÓ  o “ ¦ì  r   Ó ü t

| 9

_   â Ä º 6   xÓ  o / B N& ñ  © œ_  # Q 9¹ ¡ § Ü ¼– Ð “  K  blend ~ ½ ÓZ O `  ¦ s

6   x K  € ª œF G$ í OTFT\  ¦ ½ ¨‰ & ³ “ ¦ e ”  . Õ ªa Ë > 2\  blend

~

½ ÓZ O `  ¦  Ö ¸6   x ô  Ç € ª œF G$ í OTFTü < bilayer ~ ½ ÓZ O `  ¦  Ö ¸6   x ô  Ç

€

ª œF G$ í OTFT_  ç ß –| Ä Ìô  Ç ½ ¨› ¸\  ¦
 ? /% 3  .

€ ª

œF G$ í OTFT ™ è \  ¦ ½ ¨$ í   H l ‘ : r& h “   כ ¹™ è[ þ t“ É r  Ö ¸

$ í

8 £ x _  ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 s  Ä »l  „    F « Ñ   H & h `  ¦ ] jü @

Fig. 3. (Color online) Typical device structures of OTFTs. (a) bottom-gate/top contact, (b) bottom- gate/bottom-contact, (c) top-gate/bottom-contact, (d) top-gate/top-cntact.

€   Á ºl Ó ü t l ì ø Í_  metal-insulator-semiconductor field- effect transistor (MISFET) õ  1 l x{ 9 ô  Ç l ó ø Í(substrate), >  s

à Ô „  F G(gate electrode), > s à Ô ] X ƒ  ^ ‰(gate insula- tor), ™ èÛ ¼-× ¼Y U“   „  F G(source-drain electrode), Ä »l ì ø Í

•

¸^ ‰(organic semiconductor)\  ¦ l ‘ : r ™ è  ½ ¨$ í כ ¹™ è– Ð s

À Ò# Q4 R e ”  . Bilayer– Ð  Ö ¸$ í 8 £ x`  ¦ + þ A$ í   H ~ ½ ÓZ O `  ¦   6

x   H ™ è  % i r  l ‘ : r& h “   MIS½ ¨› ¸\  ¦ G × þ ˜ “ ¦ e ” Ü ¼

,  Ö ¸$ í 8 £ x`  ¦ ½ ¨$ í   H Ó ü t| 9 s  8 £ x  © œÜ ¼– Ð ì  r o ÷ &# Q e ” Ü ¼ 9 › ¸| \     & ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 õ  „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 _  & h  8

£

x í  H " fë ß –`  ¦  Ë ¨# Q  Ö ¸6   x ) a  .

€

ª œF G$ í OTFT % i r  é ß –F G$ í OTFTü <  ð ø Ít – Ð y Œ • ½ ¨

$ í

כ ¹™ è C u   ) a  © œ@ /& h “   0 Au \     Õ ªa Ë > 3\ 
 



· p  כ ° ú  s  bottom gate/top contact(Õ ªa Ë > 3a), bottom gate/bottom contact( Õ ªa Ë > 3b), top gate/bottom con- tact( Õ ªa Ë > 3c), top gate/top contact(Õ ªa Ë > 3d)_  ½ ¨› ¸\  ¦

”   . y Œ •y Œ •_  ™ è  ½ ¨› ¸  H Ó ü t : r " f– Ð  © œé ß –& h `  ¦ t “ ¦ e ”

 . Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ü < ™ èÛ ¼-× ¼Y U“   „  F G  s _  > €  \ 



 H „  F G _  { 9 † < Êà ºü < & ñ / B N _  „  • ¸ s À Ò# Qt   H Ä »l  ì ø Í

•

¸^ ‰_  HOMO(highest occupied molecular orbital) <  ʓ É r

„

  _  „  • ¸ s À Ò# Qt   H Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰_  LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) Y U6 \ š  s \  \  -t   © œ# 4  s

 ” > r F  # Œ „    Å Ò{ 9 \  ~ ½ ÓK  ÷ &  H ] X 8 ú ¤ $ † ½ Ó (con- tact resistance)  ” > r F  >   ) a  . Õ ªa Ë > 3_  (A)ü < (C) + þ

A_  ™ è  ½ ¨› ¸  H (B) ™ è  ½ ¨› ¸\  q K " f  © œ@ /& h Ü ¼– Ð Ä

»l  ì ø ͕ ¸^ ‰ü < > s à Ô ] X ƒ  ^ ‰  s \  + þ A$ í  ) a „  • ¸$ í G  V ,

(conducting channel)õ _  ] X 8 ú ¤ €  & h s  V , # Q „   \  ¦ Å Ò { 9

 l \  6   x s ô  Ç ½ ¨› ¸\  ¦ ”   .   õ & h Ü ¼– Ð, (A)ü < (C) + þ

A ™ è   H  © œ@ /& h Ü ¼– Ð ± ú “ É r ] X 8 ú ¤ $ † ½ Ó`  ¦ t >   ) a  .

(A) ü < (D)+ þ A ™ è _   â Ä º Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ 0 A\  ™ èÛ ¼-× ¼Y U

“

  F K5 Å q „  F G`  ¦ + þ A$ í K     H X <, { 9 ì ø Í& h “   Lithography /

B N& ñ Ü ¼– Ð F K5 Å q „  F G`  ¦ + þ A$ í €    A  Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰8 £ x _ 

³

ð€  \  ’ < H  © œ`  ¦ { 9 y >   ) a  . s – Ð “  K  ˜ Ð: Ÿ x I %• ¸Ä º  

Fig. 4. (Color online) Operation principles of ambipolar OTFTs.

Û

¼ß ¼\  ¦ : Ÿ x K  ™ èÛ ¼-× ¼Y U“   „  F G`  ¦ + þ A$ í >  ÷ &  H X <, I %• ¸ Ä

º  Û ¼ß ¼ t   H Ó ü t o & h “   ô  Ç>  M :ë  H \  é ß –G V , (short- channel)`  ¦ + þ A$ í l  # Q 9î  r é ß –& h s  e ”  . Õ ªa Ë > 2\  € ª œF G

$ í

OTFT_  @ /³ ð& h “   ½ ¨› ¸– Ð ™ è> h  ) a ™ è   H — ¸¿ º (A)+ þ A

~

½ Ód ” `  ¦ ³ ðr  “ ¦ e ”  .

(B)+ þ A ™ è _   â Ä º, > s à Ô ] X ƒ  8 £ x 0 A\  Ÿ íž Ðo ™ èÕ ª  x

 ~ ½ ÓZ O `  ¦  6   x # Œ ™ èÛ ¼-× ¼Y U“   „  F G`  ¦ €  $  + þ A$ í r v 

“

¦ Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰8 £ x`  ¦ • ¸Ÿ í # Œ ™ è \  ¦ ¢ - a$ í r v   H / B N& ñ

`

 ¦  6   x # Œ ] j Œ •ô  Ç . „  • ¸ G V , õ  F K5 Å q „  F G  s  ] X 8 ú ¤

€

 & h s   © œ@ /& h Ü ¼– Ð  Œ •  „    Å Ò{ 9 \  €  •& h `  ¦ t “ ¦ e ”  Ü

¼
, Ÿ íž Ðo ™ èÕ ª x  ~ ½ ÓZ O `  ¦  6   x ½ + É Ã º e ” Ü ¼Ù ¼– Ð é ß –G  V ,

(short-channel) ™ è \  ¦ ½ ¨‰ & ³½ + É Ã º e ”    H  © œ& h • ¸ Á ºr 

½

+ É Ã º \ O  . ¢ ¸ô  Ç Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰8 £ x`  ¦ + þ A$ í r v   H s „  _  / B N

&

ñ \   Á º   ] j€  •s  \ O    H  כ • ¸  H  © œ& h  ×  æ \  
s  .

(C)+ þ A ™ è _   â Ä º Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰8 £ x`  ¦ €  $  + þ A$ í r v “ ¦ Õ

ª 0 A\  ] X ƒ  8 £ x`  ¦ + þ A$ í >  ÷ &  H X <, ] X ƒ  8 £ x\  ¦ + þ A$ í   H õ & ñ ×  æ \  Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰8 £ x s  ’ < H  © œ`  ¦ { 9 y t  · ú §l  0 AK " f 6

  xÓ  oZ O `  ¦ s 6   x ô  Ç Ä »l  ] X ƒ  8 £ x`  ¦ + þ A$ í r ~  ´  â Ä º 6   x B _ 



6   x \   H ] jô  Ç`  ¦ ~ à ÎÜ ¼ 9, Á ºl Ó ü t ] X ƒ  8 £ x`  ¦ + þ A$ í r ~  ´  â Ä

º\   H “ ¦“ : r / B N& ñ `  ¦  6   x ½ + É Ã º \ O    H / B N& ñ  © œ é ß –& h s  ” > r F

ô  Ç . s  Qô  Ç (C)+ þ A ™ è   H / B N& ñ  © œ_  # Œ Q ] jô  Çë ß – F G 4

Ÿ

¤ €   þ j& h  o  ) a $ í 0 p x`  ¦ ã ¼| 9 # Q è ­ q à º e ”   H ™ è  ½ ¨› ¸– Ð

· ú

˜ 94 R e ”  .

2. W ë s Œ £ ;V R Ë OTFT8 ý  ŒŽ Ò ÞÌ ¦ RP 

€

ª œF G$ í OTFT_  l ‘ : r& h “   ½ ¨› ¸  H · ú ¡" f ¶ ú ˜( R‘ : r  ü <

° ú

 s  > s à Ô ] X ƒ  8 £ x`  ¦  s \  ¿ º“ ¦ > s à Ô „  F G õ  ì ø ͕ ¸

^

‰8 £ x s  + þ A$ í ÷ &# Q e ”   H ½ ¨› ¸– Ð ÷ &# Q e ”  . € ª œF G$ í OTFT _

 l ‘ : r& h “   ½ ¨1 l x " é ¶ o   H MISFET ü < ß ¼>   Ø Ôt  · ú § .

N-type ½ ¨1 l x`  ¦ 0 AK " f  H > s à Ô „  F G \  € ª œ„  · ú š`  ¦   # Q

Fig. 5. (Color online) Typical transport characteristics of ambipolar OTFTs.

Å

Ò# Q ] X ƒ  8 £ x õ  ì ø ͕ ¸^ ‰8 £ x _  > €    s \  „   \  ¦ accumu- lation r &  „    à º5 Å x G V , `  ¦ + þ A$ í r †   .  6 £ § ™ èÛ ¼ „   F

G õ  × ¼Y U“   „  F G  s \  % i r  € ª œ„  · ú š`  ¦   # QŠҀ   „  



 Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰_  LUMO Y U6 \ š– Ð Å Ò{ 9 ÷ &# Q channel`  ¦



  ì ø Í@ / „  F G Ü ¼– Ð f  Ë  Q>   ) a  . P-type ½ ¨1 l x \ " f  H ì

ø Í@ /– Ð > s à Ô „  F G \  6 £ §„  · ú š`  ¦   # QÅ Ò# Q & ñ / B N`  ¦ accu- mulation r &  & ñ / B N G V , `  ¦ + þ A$ í r v “ ¦ Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰_  HOMO Y U6 \ š\  & ñ / B N`  ¦ Å Ò{ 9 r &  ½ ¨1 l x r v   H " é ¶ o – Ð 1 l x



Œ

•ô  Ç . s M : ™ èÛ ¼-× ¼Y U“    s \ • ¸ 6 £ §„  · ú š`  ¦   # QÅ Ò> 

 )

a  . Õ ªa Ë > 4\  € ª œF G$ í OTFT_  ½ ¨1 l x" é ¶ o \  ¦ > h| Ä Ì& h Ü ¼– Ð

 ? /% 3  .

€

ª œF G$ í OTFT\ " f  H " é ¶ Ö ¸ ô  Ç „    x 9  & ñ / B N _  Å Ò{ 9 `  ¦ 0

AK " f ™ èÛ ¼ü < × ¼Y U“  _  „  F G Ó ü t| 9  ‚  × þ ˜\ • ¸ Å Ò_ \  ¦ l  Ö

 ¦ # Œ  ô  Ç . { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð OTFT\ " f „  F G F K5 Å q Ü ¼– Ð 



© œ # 3 6   x& h Ü ¼– Ð  6   x ÷ &  H Au _   â Ä º €  • 5.1 eV & ñ • ¸_  Z  }

“

É r { 9 † < Êà º (work-function) ° ú כ\  _ K  & ñ / B N _  Å Ò{ 9 “ É r q 

“

§& h  6   x s ô  Ç ì ø ̀   „   _  Å Ò{ 9 `  ¦  © œ{ © œô  Ç ] jô  Ç`  ¦ ~ à ΍  H  .

ì

ø Í@ /– Ð Cas 
 Mgü < ° ú  “ É r ± ú “ É r { 9 † < Êà º_  F K5 Å q“ É r „    Å

Ò{ 9 “ É r 6   x s ô  Ç ì ø ̀   & ñ / B N _  Å Ò{ 9 \  # Q 9¹ ¡ § s  e ” Ü ¼Ù ¼– Ð ì

ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 _  HOMO, LUMO ° ú כ\  ´ ú Æ Ò# Q & h ] X ô  Ç { 9 

†

< Êà º ° ú כ`  ¦ t   H F K5 Å q`  ¦ „  F G Ü ¼– Ð ‚  × þ ˜ # Œ  ô  Ç .

III. W ë s Œ £ ;V R Ë OTFT8 ý Ž Ò ÞX c l — ¤V R Ë

OTFT _  „  l & h  : £ ¤$ í “ É r MISFET õ   ð ø Ít – Ð ™ è Û

¼-× ¼Y U“    s _  „  · ú š V

\  ¦ “ ¦& ñ r v “ ¦ > s à Ô „  · ú š V

\  @ /ô  Ç ™ èÛ ¼-× ¼Y U“    s  „  À Ó I

_     o\  ¦
 ? /



 H „  ² ú ˜: £ ¤$ í (Transfer Characteristics)õ  Ø  ¦§ 4 „  · ú š V

\ 

@

/ô  Ç I

_     o\  ¦ y Œ • V

\  @ /K " f
 ? /  H Ø  ¦§ 4 : £ ¤

$ í

(Output Characteristics)`  ¦ 8 £ ¤& ñ # Œ ¨ î ô  Ç . € ª œF G

$ í

OTFT  H „   ü < & ñ / B N — ¸¿ º\  ¦ ô  Ç ™ è \ " f ½ ¨1 l x r †  



  H : £ ¤f ç M :ë  H \  é ß –F G$ í TFTü <   É r : £ ¤ s ô  Ç 1 l x  Œ • : £ ¤

$ í

`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . Õ ªa Ë > 5\  @ /³ ð& h “   € ª œF G$ í OTFT_  „  ² ú ˜ :

£ ¤$ í / B G‚  `  ¦
 ? /% 3  . é ß –F G$ í OTFT_   â Ä º p-type“ É r

K Šҍ  H > s à Ô „  · ú šõ  ™ èÛ ¼-× ¼Y U“   „  · ú šs  6 £ §(–) \ " f ë

ß – 1 l x  Œ • “ ¦ (V

< 0, V

< 0), n-type _   â Ä º > s à Ô

„

 · ú šõ  ™ èÛ ¼-× ¼Y U“   „  · ú šs  — ¸¿ º € ª œ(+)“    © œI  (V

> 0, V

> 0) \ " fë ß – 1 l x  Œ • : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs   H ì ø ̀   € ª œF G$ í OTFT _

  â Ä º\   H 6 £ § õ  € ª œ — ¸¿ º\ " f 1 l x  Œ •ô  Ç .

€

ª œF G$ í OTFT  H Z  }“ É r > s à Ô „  · ú š\ " f  H & ñ / B N ¢ ¸  H

„

   
ë ß –s   1 l x   H : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs   > s à Ô „  · ú š

`

 ¦ ± ú Æ Ҁ   × ¼Y U“  Ü ¼– РÒ'  ì ø Í@ / „   _  Å Ò{ 9 s  r  Œ •÷ &

#

Q ¢ - a„  ô  Ç off  © œI – Ð t  3 l w “ ¦  r  I

° ú כs  7 £ x  

>

 ÷ &  H V   + þ AI _  „  ² ú ˜ : £ ¤$ í / B G‚  `  ¦ ˜ Ð# Œï  r   (Õ ªa Ë >

5). & ñ / B N õ  „    y Œ •y Œ •_  ½ ¨1 l x — ¸× ¼\ " f þ j™ è& h `  ¦ t è ß – Ê

ê  r  „  À Ó° ú כs  7 £ x    H s  Qô  Ç ± ú “ É r > s à Ô „  · ú š Â Ò ì

 r`  ¦ / B N” > r % ò % i s  “ ¦  ҏ É r  . s  % ò % i \ " f  H „   ü < & ñ /

B

N s  ì ø ͕ ¸^ ‰ 8 £ x õ  ] X ƒ  8 £ x > €  \  Ò q t$ í  ) a G V , \  1 l x r \ 

”

> r F  >   ) a  .

s

 Qô  Ç & ñ / B N õ  „   _  1 l x r  Å Ò{ 9  : £ ¤$ í M :ë  H \  € ª œF G$ í OTFT _  Ø  ¦§ 4 : £ ¤$ í • ¸ { 9 ì ø Í& h “   é ß –F G$ í OTFTü <  H   É r

€

ª œ © œ`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . Õ ªa Ë > 6\  „  + þ A& h “   € ª œF G$ í OTFT_  Ø  ¦

§ 4

 : £ ¤$ í / B G‚  `  ¦
 ? /% 3  . Z  }“ É r > s à Ô „  · ú š % ò % i \ " f



 H { 9 ì ø Í& h “   é ß –F G$ í OTFTü < ° ú  s  ‚  + þ A 7 £ x  % ò % i õ  ë  H )

3

 „  · ú š (threshold voltage, V

) s Ê ê\  V

     8 

•

¸ Ø  ¦§ 4  „  À Ó I

  H    t  · ú §“ ¦ { 9 & ñ ô  Ç „  À Ó â ìØ Ô> 

÷ &  H „  + þ A& h “   FET_  Ø  ¦§ 4  : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò
, ± ú “ É r > s  à

Ô „  · ú š % ò % i \ " f  H & ñ / B N õ  „    1 l x r \  Å Ò{ 9 ÷ &# Q G  V ,

\  ” > r F † < Ê\     Ñ ü t  s _  F   ½ + Ëõ  ° ú  “ É r  © œ  ñ Œ •6   x

\

 _ K   s š ¸× ¼ü < ° ú  “ É r : £ ¤$ í / B G‚   — ¸€ ª œ`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . s 

Qô  Ç  s š ¸× ¼+ þ A / B G‚  s  ˜ Ðs l  r  Œ •   H > s à Ô „  · ú š

° ú

כ“ É r · ú ¡" f ¶ ú ˜( R‘ : r „  ² ú ˜: £ ¤$ í / B G‚  \ " f I

° ú כs  þ j™ è\  ¦ ˜ Ð s

  H t & h õ  1 l x{ 9   .

IV. W ë s Œ £ ;V R Ë OTFT “ Ó Þ – ¥M  Œ ˜ my ¢= k < 0z »

OTFT6   x Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ F « э  H ß ¼>  ì  r  | ¾ Ó\     Ä » l

 é ß –ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 õ  / B NÓ  o “ ¦ì  r   Ó ü t| 9 – Ð
’ ÷ ¶  . { 9  ì

ø Í& h Ü ¼– Ð Ä »l  é ß –ì  r   Ó ü t| 9 “ É r    & ñ ¢ ¸  H é ß –  & ñ ½ ¨› ¸ _

 ~ à Ì} Œ • € 9 2 £ § + þ AI – Ð ] j› ¸ 0 p x † < Ê\     q & ñ | 9  ½ ¨› ¸\  ¦

t   H / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰\  q K  Z  }“ É r „    s 1 l x • ¸\  ¦

t   H  כ Ü ¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”  . t ë ß – @ / Òì  r _  Ä »l  é ß –ì  r



 Ó ü t| 9 “ É r ”  / B N 7 £ x ‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x K  ~ à Ì} Œ • € 9 2 £ §`  ¦ + þ A$ í † < Ê\ 

Fig. 6. (Color online) Typical output characteristics of ambipolar OTFTs.



  6   xÓ  o / B N& ñ `  ¦  6   x   H / B NÓ  o “ ¦ì  r  \  q K  / B N& ñ €   _

 ´ òÖ  ¦$ í “ É r ± ú >  ¨ î   ) a  . þ j   H \   H / B NÓ  o “ ¦ì  r   % i r 



  & ñ ½ ¨› ¸\  ¦ t   H Ó ü t| 9 s  > hµ 1 Ï÷ &€  " f q & ñ | 9  z  ´o 

–

B H`  ¦ 0 p x    H Z  }“ É r $ í 0 p x _  OTFT µ 1 ϳ ð÷ &“ ¦ e ”  .

· ú

¡" f l Õ ü t ô  Ç  ü < ° ú  s  Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ ™ èF [ þ t“ É r @ / Òì  r p-type $ í | 9 `  ¦ y © œ >  t  
 n-type $ í | 9 `  ¦ y © œ >   t

  H q  @ /g A& h  „    à º5 Å x 0 p x§ 4 `  ¦ t “ ¦ e ”  . 7 £ ¤, & ñ / B N

¢

¸  H „    ô  ÇA á ¤ „   ë ß –`  ¦ ¸ ú ˜ „  ² ú ˜   H 0 p x§ 4 `  ¦ t “ ¦ e ” 



. þ j   H \   H ô  Ç Ó ü t| 9 \ " f & ñ / B N õ  „    — ¸¿ º ¸ ú ˜ „  ² ú ˜

÷

&  H Ó ü t| 9 s  > hµ 1 Ï, ˜ Г ¦÷ &“ ¦ e ” Ü ¼
 : £ ¤Z > ô  Ç ½ ¨› ¸\  ¦ t 



 H Ó ü t| 9 – Ð ² D G ô  Ç÷ &# Q e ” # Q # 3 6   x& h  $ í | 9 – Ð ~ à Î [ þ t # Œt “ ¦ e ”

t   H · ú §“ É r z  ´& ñ s   [29,30].   " f, Ä »l Ó ü t ì ø ͕ ¸^ ‰\  ¦ s

6   x ô  Ç € ª œF G$ í à Ô ½ ™t Û ¼' _  ½ ¨‰ & ³`  ¦ 0 AK  & ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t

| 9

õ  „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 `  ¦ { 9 & ñ q Ö  ¦ – Ð [ O # Q" f s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰ (bulk-heterojunction, BHJ)\  ¦ ë ß –Ž  H + ' OTFT_   Ö ¸$ í 8 £ x

\

 • ¸{ 9    H ~ ½ ÓZ O s  ŠҖ Ð  Ö ¸6   x ÷ &“ ¦ e ”  .

1. p-type < 0z »

@

/ Òì  r _  Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ F « Ñ[ þ t s  p-type $ í † ¾ Ó`  ¦ y © œ 

>

 f ” Ü ¼– Ð “  K  € ª œF G$ í OTFT6   x & ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 “ É r q 

“

§& h  V , “ É r ‚  × þ ˜_  ; Ÿ ¤`  ¦ t “ ¦ e ”  . Õ ª ×  æ \ " f• ¸ w š ¸ K $

™(thiophene)`  ¦ l ì ø ÍÜ ¼– Ð   H Ó ü t| 9 s  q “ §& h  Z  }“ É r & ñ /

B

N s 1 l x • ¸\  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  . 1980¸  @ / ×  æ ì ø Í\  % ƒ6 £ § Ü ¼– Ð

„

 l  o† < Æ& h Ü ¼– Ð ½ + Ë$ í  ) a w š ¸K $ ™  o½ + ËÓ ü t s  OTFT ™ è \ 



6   x ÷ &% 3   H X <, „    s 1 l x • ¸ €  • 10

cm

/Vs & ñ • ¸– Ð B

Ä º ± ú “ É r & ñ / B N s 1 l x • ¸\  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò% 3   [31]. s Ê ê 6   xÓ  o / B N

&

ñ s  0 p x ô  Ç poly(3-hexylthiophene) (P3HT) ½ + Ë$ í ÷ &

€

 " f 0.1 cm

/Vs & ñ • ¸_  Z  }“ É r & ñ / B N s 1 l x • ¸\  ¦ ² ú ˜$ í % i 

“

¦ s Ê ê  € ª œô  Ç w š ¸K $ ™>  Ä »• ¸^ ‰[ þ t s  ½ + Ë$ í ÷ &€  " f ‰ & ³F 

&

ñ / B N s 1 l x • ¸  H q & ñ | 9 >  z  ´o – B H \  ! QF K   H & ñ / B N s 1 l x

•

¸ 5 Å q5 Å q µ 1 ϳ ð÷ &“ ¦ e ”  . @ /³ ð& h “   p-type Ó ü t| 9 [ þ t`  ¦ ³ ð 1 \  & ñ o  % i  .

2. n-type < 0z »

„

   s 1 l x`  ¦ { Œ ™{ © œ   H n-type $ í † ¾ Ó_  Ó ü t| 9 [ þ t \  @ /ô  Ç

>

hµ 1 Ïõ  ƒ  ½ ¨  H p-type Ó ü t| 9 \  q K   © œ{ © œy  p ”  ô  Ç ¼ # \  5

Å

q ô  Ç . { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð N+ þ A Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰  H ½ + Ë$ í s  B Ä º # Q

9Ä º 9, \  -t  ï  r 0 A  © œ / B N l ×  æ _  í ß –™ è
 à ºì  r \  _ ô  Ç „  



_  à Ôê Á œÜ ¼– Ð “  K  î ß –& ñ & h Ü ¼– Ð Z  }“ É r $ í 0 p x`  ¦ ? /l  # Q 9 î

 r €  s  e ” # Q M ® o  . € ª œF G$ í Ä »l  ì ø ͕ ¸^ ‰ ] j› ¸\ " f  H n- type Ó ü t| 9 – Ð C

Ä »• ¸^ ‰“   [6,6]-phenyl-C

butyric acid methyl ester (PC

BM) s 
 C

Ä »• ¸^ ‰“   [6,6]-phenyl- C

butyric acid methyl ester (PC

BM) s  ŠҖ Ð  6   x ÷ &

#

Q M ® o  . þ j   H \   H  € ª œô  Ç n-type Ó ü t| 9 [ þ t s  D h– Ðs  ½ + Ë$ í

˜

Г ¦÷ &€  " f „    „  ² ú ˜`  ¦ 0 Aô  Ç Ó ü t| 9 • ¸ ‚  × þ ˜_  ; Ÿ ¤ s  & h & h  V ,

# Q4 R “ ¦ e ”   H z  ´& ñ s  . ³ ð 2\  @ /³ ð& h “   n-type Ó ü t

| 9

[ þ t s  ™ è> h÷ &# Q e ”  .

V. W ë s Œ £ ;V R Ë OTFT8 ý  Œ”  ôÊ Ý V R Ë  Ö « 4  Ò Å

€

ª œF G$ í OTFT\  ¦ ½ ¨‰ & ³ l  0 AK " f  H  © œl  ™ è> h  ) a & ñ /

B

N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 õ  „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 `  ¦ & h ] X ô  Ç q Ö  ¦ – Ð ™ D ¥ ½ + ËK  BHJ blend\  ¦ ë ß –[ þ t “ ¦  Ö ¸$ í 8 £ x \  • ¸{ 9    H ~ ½ ÓZ O s  ŠҖ Ð  Ö ¸ 6

x ÷ &“ ¦ e ”  . BHJ blend\ " f f . ˓ É r p+ þ A Ó ü t| 9 ë ß –`  ¦    ¹ ¡ § f ”

s “ ¦ „     H n+ þ A Ó ü t| 9 ë ß –`  ¦    „  ² ú ˜÷ &# Q
l  M : ë

 H \  BHJ blend\  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G$ í OTFT_  ½ ¨‰ & ³\ " f  H

&

ñ / B N „  ² ú ˜  ⠖ Ðü < „    „  ² ú ˜  ⠖ Ð & h ] X y  ¸ ú ˜ + þ A$ í r v 



 H  כ s   © œ ×  æ כ ¹ô  Ç כ ¹™ è ×  æ \  
– Ð “  d ” ÷ &“ ¦ e ”  .

s

 Qô  Ç bicontinuous network_  + þ A$ í “ É r & ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9  õ

 „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 _  & h ] X ô  Ç  © œì  r o (phase separation)\  _

K  % 3 # Q | 9  à º e ”  . ¿ º ™ D ¥ ½ + Ë Ó ü t| 9 _  & h ] X ô  Ç  © œì  r o \  ¦ Ä

»• ¸ l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ѝ  H ™ è  ] j Œ • Ê ê \ P % ƒo \  ¦ K Å Ò



 H Ó ü t o & h “   ~ ½ ÓZ O õ  p | ¾ Ó_  6   xÓ  o ' ‘ ] j\  ¦ s 6   x K   o† < Æ

&

h Ü ¼– Ð  © œì  r o \  ¦ Ä »• ¸   H ~ ½ ÓZ O s  e ”  .

1. œ Ä ° ‚ Ç% iP õ u § —  ޔ X ¢ morphology control

Ê

ê \ P % ƒo \  ¦ : Ÿ x ô  Ç ~ ½ ÓZ O “ É r _ p  Õ ª@ /– Ð — ¸Ž  H ™ è \  ¦ ] j



Œ

• “ ¦ è ß – Ê ê\  & h ] X ô  Ç “ : r • ¸\ " f ™ è  „  ^ ‰\  ¦ anneal-

ing # Œ  © œì  r o \  ¦ Ä »• ¸   H ~ ½ ÓZ O s  . P3HTü < PCBM

Table 1. Examples of p-type organic semiconducting materials.

Material Chemical Structure Mobility (cm

/Vs) Ref

P3HT 0.05 - 0.1 [32–34]

PQTs 0.2 [35]

PBTTT 1.1 [36,37]

TIPS pentacene 1.0 [38–40]

TESADT 1.0 [41–43]

diF-TESADT 2.0 [44–46]

PQTBTz-C12 0.33 [47]

PNTz4T 0.56 [48]

DPPT-T 0.74 [49]

PII2T-Si 2.48 [50]

PNDT3BT 0.8 [51]

PDBT-co-TT 0.94 [52]

PC12TV12T 1.0 [53]

P(DPP-alt-DTBSe) 1.5 [54]

PDDTP-DPP 0.3 [55]

P2TDC13FT4 0.3 [56]

PBBTz4T 0.26 [57]

Table 2. Examples of n-type organic semiconducting materials.

Material Chemical Structure Mobility (cm

/Vs) Ref

BBL 0.1 [58]

NDI2-X 1.5 [59]

PDI8-CN2 0.08 [60]

NDIs 0.57 [61]

PDIF-CN2 1.5 [62]

NDI derivatives 0.51 [63]

NDI-DTYM2 0.26 [64]

PC

BM 0.028 [8]

PC

BM 0.022 [8]

NDI2OD-DTYM2 1.2 [65]

P(NDI2OD-T2) 0.85 [66]

Fig. 7. (Color online) AFM surface morphology of P3HT-PCBM thin films.

`

 ¦ s 6   x ô  Ç OTFT™ è \ " f ŠҖ Ð s  ~ ½ ÓZ O s   Ö ¸6   x ÷ &“ ¦ e ” 



 [26]. Õ ªa Ë > 7“ É r Atomic Force Microscopy(AFM) – Ð 8 £ ¤

&

ñ  ) a P3HT-PCBM 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰_  ³ ð€   s p t \  ¦ ˜ Ð# Œï  r  .

Û

¼— 2 ; ïh A ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð ~ à Ì} Œ •`  ¦ + þ A$ í r †   Ê ê Æ Ò / B N& ñ `  ¦   u

t  · ú §“ É r  â Ä º_  ³ ð€  “ É r ¿ º Ó ü t| 9 s  ¸ ú ˜ ™ D ¥ ½ + ˝ ) a ç  H| 9 ô  Ç

³

ð€    © œI \  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ҍ  H ì ø ̀  \  ~ à Ì} Œ • + þ A$ í Ê ê 150

C \ " f 10ì  r ç ß – Ê ê\ P % ƒo \  ¦ ½ + É  â Ä º ¿ º Ó ü t| 9 s  " f– Ð  © œì  r o 

÷

&€  " f aggregation  ) a ³ ð€    © œI \  ¦ ˜ Ð# Œï  r  .

s

 Qô  Ç ~ à Ì} Œ •_  — ¸e  ¦ – Ðt     o  H Õ ª@ /– Ð ™ è _  $ í 0 p x \  ì

ø Í% ò ÷ &# Q
 è ß – . Õ ªa Ë > 8“ É r P3HT-PCBM BHJ`  ¦  Ö ¸$ í 8

£

x Ó ü t| 9 – Ð  Ö ¸6   x # Œ ] j Œ •  ) a € ª œF G$ í OTFT_  Ø  ¦§ 4  : £ ¤$ í /

B G‚  `  ¦ ˜ Ð# Œï  r   [26]. p-type ½ ¨1 l x _   â Ä º Ê ê\ P % ƒo \  ¦

t  · ú §“ É r ™ è _   â Ä º (Õ ªa Ë > 8a) V

= -60 V, V

= -60 V \ " f €  • 0.1 µA_  „  À Ó° ú כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ” Ü ¼
 Ê ê\ P % ƒo 

\

 ¦ ô  Ç ™ è (Õ ªa Ë > 8c)  H 1 l x{ 9  › ¸| \ " f €  • 1.4 µA & ñ • ¸

–

Ð 10C  & ñ • ¸ † ¾ Ó © œ  ) a ° ú כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  . n-type ½ ¨1 l x _

  â Ä º  H p-type ½ ¨1 l x ˜ Ð   s `›   × ¼  h Ë :ô  Ç    o\  ¦ ˜ Ð

#

Œï  r  . Ê ê\ P % ƒo \  ¦  t  · ú §“ É r ™ è _   â Ä º (Õ ªa Ë > 8b) V

= 60V, V

= 60V \ " f 0.013 µA_  „  À Ó° ú כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò

“

¦ e ” Ü ¼
 Ê ê\ P % ƒo \  ¦ ô  Ç ™ è (Õ ªa Ë > 8d)  H 1 l x{ 9  › ¸| 

\

" f €  • 1.2 µA & ñ • ¸– Ð 100C  & ñ • ¸ † ¾ Ó © œ  ) a ° ú כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò

“

¦ e ”  . 8 £ ¤& ñ  ) a Ø  ¦§ 4  : £ ¤$ í / B G‚  `  ¦  „ ½ ÓÜ ¼– Ð > í ß –  ) a \ P 

%

ƒo \  ¦  t  · ú §“ É r ™ è _  & ñ / B N s 1 l x • ¸  H 1.3 × 10

cm

/Vs % i Ü ¼
 \ P % ƒo  Ê ê\   H 1.7 × 10

cm

/Vs – Ð † ¾ Ó



© œ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, „    s 1 l x • ¸  H \ P % ƒo \  ¦  t  · ú §“ É r ™ è 

\

" f 2.15 × 10

cm

/Vs & ñ • ¸% i   \ P % ƒo  Ê ê\   H 2.0

× 10

cm

/Vs Ü ¼– Ð 100C  † ¾ Ó © œ  ) a ° ú כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò% 3  .

2. additive U ê s0 n É ù p § —  ޔ X ¢ morphology control

1) ‚  × þ ˜& h  6   x K • ¸\  ¦ s 6   x ô  Ç morphology control



o† < Æ& h “   ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð p | ¾ Ó_  additive\  ¦ s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰ 6   x Ó 

o\  ' ‘  # Œ morphology\  ¦ > h| 9    H ~ ½ ÓZ O “ É r 2007¸  

•

¸\  p ² D G UC Santa Barbara _  Alan J. Heeger“ §Ã ºü <

Guillermo C. Bazan “ §Ã º ƒ  ½ ¨h Ë >_  ± ú “ É r  ½ ™× ¼Ì “ s`  ¦ t 

Fig. 8. Output characteristics for the ambipolar OTFTs

using a P3HT-PCBM mixture. (a) p-type operation of

as-prepared device, (b) n-type operation of as-prepared

device, (c) p-type operation of annealed device at 150

C

for 10 min, and (d) n-type operation of annealed device

at 150

C for 10 min.

Fig. 9. (Color online) (a) Transport characteristics and (b) hole and electron mobilities of the bipolar OTFTs fabricated without ODT additive with various PCPDTBT:PC

BM ratios.



 H / B NÓ  o “ ¦ì  r  ü < PC

BM`  ¦ s 6   x ô  Ç † ¾ Ó © œ  ) a $ í 0 p x _  I 

€

ª œ„  t  > hµ 1 Ïõ & ñ \ " f % ƒ6 £ § ™ è> h÷ &% 3   [67]. { © œr  ' ‘ 

] j– Ð  6   x ) a dithiol Ó ü t| 9 “ É r PC

BM s 
 PC

BM õ

 ° ú  “ É r C

Ä »• ¸^ ‰  H ¸ ú ˜ 0 l q s   H ì ø ̀  \  / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì

ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 “ É r ¸ ú ˜ 0 l q s t  3 l w   H $ í | 9 `  ¦ t “ ¦ e ”  .

{ ©

œr  poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1- b;3,4-b0]dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]

(PCPDTBT) “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰ü < PC

BM _  4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰ 6   xÓ  o

\

 dithiol`  ¦ 2 ∼ 4% p | ¾ Ó ' ‘  >  ÷ &€   dithiols   t

  H y Œ • Ó ü t| 9 \  @ /ô  Ç 6   x K • ¸ s \  _ K  6   xÓ  o © œ\ " f PCPDTBT ü < PC

BM _   © œì  r o  Ä »• ¸÷ &“ ¦, s  6   xÓ  o

`

 ¦ Û ¼— 2 ; ïh A >  ÷ &€   & h ] X ô  Ç + þ AI _  > h| 9  ) a € 9 2 £ §  © œ`  ¦

Fig. 10. (Color online) Atomic force microscope (AFM) and transmission electron microscopy (TEM) images of spin-coated films cast from PCPDTBT and PC

BM blend solutions. (a) AFM image of the film without ODT processing, (b) TEM image of the without ODT process- ing, (c) AFM image of the film with ODT processing and (d) TEM image of the film with ODT processing.

% 3

`  ¦ à º e ” % 3  . Õ ª   õ  2.8% & ñ • ¸_  \  -t  „  ¨ 8 Š ´ òÖ  ¦

`

 ¦ ˜ Ðs ~   “ ¦ì  r   I € ª œ„  t  5.5%_  \  -t  „  ¨ 8 Š ´ òÖ  ¦

`

 ¦ t   H ™ è – Ð q €  •& h “   $ í 0 p x > h‚  `  ¦ s À Ò% 3  . “ ¦ì  r



 I € ª œ„  t \ " f  é  H s  Qô  Ç $ í / B N`  ¦ — ¸w Ú Ô– Ð 1 l x{ 9 ô  Ç s

7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ l ì ø ÍÜ ¼– Ð   H € ª œF G$ í OTFT\ " f• ¸ % i  r

 r • ¸÷ &% 3   [28].

Õ

ªa Ë > 9  H PCPDTBT ü < PC

BM _  s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ s  6

x ô  Ç € ª œF G$ í OTFT_  „  ² ú ˜ : £ ¤$ í / B G‚  õ  PCPDTBT_  q

Ö  ¦ \    É r & ñ / B N õ  „   _  s 1 l x • ¸    o Õ ªA á Ô\  ¦ ˜ Ð# Œ ï

 r  . „  ² ú ˜ : £ ¤$ í / B G‚   (Õ ªa Ë > 9a)\ " f V

= 0`  ¦ l ï  r Ü ¼– Ð 6

£

§ _  V

„  · ú š\ " f 7 £ x    H „  À Ó° ú כ“ É r f . Ë _  l # Œ\  _ ô  Ç

 כ

s  9 € ª œ_  V

„  · ú š\ " f 7 £ x    H „  À Ó° ú כ“ É r „   _  s  1

l

x \  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð K $ 3  ½ + É Ã º e ”  . { © œƒ  ô  Ç )   s  ’ xt ë ß – PCPDTBT ü < PC

BM _  4 Ÿ ¤ ½ + Ë q Ö  ¦`  ¦ ² ú ˜o  # Œ ] j Œ •  ) a OTFT ™ è   H PC

BM _  q Ö  ¦ s  7 £ x  €   ½ + Éà º2 Ÿ ¤ „    _

 „  ² ú ˜ 0 p x§ 4 “ É r 7 £ x  
 & ñ / B N _  „  ² ú ˜ 0 p x§ 4 “ É r y Œ ™™ è   H

 â

† ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  .

Õ

ªa Ë > 10\  AFMõ  TEM`  ¦ s 6   x K  8 £ ¤& ñ  ) a PCPDTBT ü

< PC

BM 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  morphology  © œI \  ¦ › ' a ¹ 1 Ïô  Ç

 

õ \  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  . · ú ¡" f l Õ ü t ô  Ç ' ‘ ] j\  ¦ V , t  · ú §  H OTFT ™ è _   Ö ¸$ í 8 £ x ~ à Ì} Œ •“ É r Õ ªa Ë > 10aü < 10c\ " f ˜ Ѝ  H

 כ

% ƒ! 3  ¿ º Ó ü t| 9 s  ¸ ú ˜ [ O # Œ”   ç  H| 9 ô  Ç ~ à Ì} Œ • © œI \  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò

“

¦ e ”  . # Œl \  dithiol`  ¦ ' ‘ ] j– Ð €  • 2% [ O # Q Å Ò>  ÷ &

Fig. 11. (Color online) (a) Transport characteristics and (b) hole and electron mobilities of the vacuum dried bipo- lar OTFTs fabricated with various PCPDTBT-PC

BM ratios processed with OTD.

€

  Õ ªa Ë > 10cü < 10d\ " f ˜ Ѝ  H  כ % ƒ! 3   © œì  r o  Ä »• ¸  ) a + þ A I

_  ~ à Ì} Œ •  © œI  › ' a ¹ 1 Ï  ) a  . s  Qô  Ç ' ‘ ] j\  ¦ V , # QŠҍ  H



o† < Æ& h  ~ ½ ÓZ O “ É r Ê ê \ P % ƒo \  ¦ ô  Ç  כ õ  1 l x{ 9 ô  Ç   õ _  ~ à Ì

~ Ã

Ì  © œI \  ¦ % 3 >  K  Šҍ  H X <,  z  ´ PCPDTBTü < PC

BM 4

Ÿ

¤ ½ + Ë^ ‰\ " f PCPDTBT { 9 ì ø Í& h “   / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰

\

 q K  \ P & h  î ß –& ñ $ í s  b  # Qt   H : £ ¤$ í s  e ” # Q Ê ê \ P % ƒo 

~

½ ÓZ O `  ¦  6   x l \  ë  H ] j& h `  ¦ t “ ¦ e ” % 3  . t ë ß – s 

Qô  Ç  o† < Æ& h “   ~ ½ ÓZ O `  ¦  6   x €   \ P & h  î ß –& ñ $ í \  ë  H ] j\  ¦ î

ß –“ ¦ e ”   H PCPDTBT ü < ° ú  “ É r / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰_  é ß –

&

h

`  ¦ F G4 Ÿ ¤ “ ¦ " é ¶   H ~ à Ì} Œ •  © œI \  ¦ ë ß –[ þ t à º e ” >   ) a  .

s

 Qô  Ç ~ à Ì} Œ •  © œI _     o  H Õ ª@ /– Ð ™ è \  ì ø Í% ò ÷ &

#

Q
 è ß – . Õ ªa Ë > 11\  dithiol`  ¦ V , # Qï  r PCPDTBT ü <

PC

BM`  ¦ s 6   x K  ] j Œ •  ) a € ª œF G$ í OTFT_  ™ è  : £ ¤$ í `  ¦

 ? /% 3  . Ø  ¦§ 4  : £ ¤$ í / B G‚  \ " f › ' a ¹ 1 Ï÷ &  H ™ èÛ ¼-× ¼Y U“  



s _  „  À Ó° ú כ“ É r ' ‘ ] j\  ¦ V , t  · ú §“ ¦ ] j Œ •  ) a ™ è \  q  K

 „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð 7 £ x   ) a ° ú כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ” Ü ¼ 9, & ñ / B N õ  „  



_  s 1 l x • ¸ % i r  7 £ x   ) a ° ú כ`  ¦ ˜ Ð# Œï  r  . ô  Çt  Å Ò3 l q ½ + É

&

h

“ É r & ñ / B N õ  „   _  s 1 l x • ¸ 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ s À ҍ  H ¿ º Ó ü t| 9  _

 ™ D ¥ ½ + Ë q Ö  ¦ \   8 s  © œ ß ¼>  _ ” > r t  · ú §  H & h “  X < s   H '

‘ ] j_  _ K  Ä »• ¸  ) a ~ à Ì} Œ •_  morphology > h‚  s  & ñ / B N õ

 „   _  s 1 l x ⠖ Ð\  ¦ & h ] X  >  + þ A$ í r v “ ¦ e ” 6 £ §`  ¦ r 



   H  כ Ü ¼– Ð K $ 3  ½ + É Ã º e ”  .

2) co-soluble ' ‘ ] j\  ¦ s 6   x ô  Ç morphology control

· ú

¡ ] X \ " f l Õ ü t ô  Ç ‚  × þ ˜& h  6   x K • ¸\  ¦ t   H ' ‘ ] j\  ¦ s

6   x   H ~ ½ ÓZ O “ É r Õ ª Q
 / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰\  ¦ 6   x K  



 H $ í | 9 s  \ O l  M :ë  H \   © œ@ /& h Ü ¼– Ð aggregation: £ ¤$ í `  ¦

t   H / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰\   H & h 6   x t  3 l w ô  Ç   H €  •

&

h

`  ¦ t “ ¦ e ”  . s  Qô  Ç €  •& h `  ¦ F G4 Ÿ ¤ “ ¦  • ¸{ 9  ) a

~

½ ÓZ O s  co-solubility : £ ¤$ í `  ¦ t   H ' ‘ ] j_   6   x s   [68, 69]. Õ ªa Ë > 12a\  ™ è> h÷ &# Q e ”   H / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸

^

‰ poly[(4,4-didodecyldithieno[3,2-b:20,30-d]silole)-2,6- diyl-alt-(2,1,3-benzothiadia zole)-4,7-diyl] (Si-PDTBT)



 H " f– Ð Ó ü æ u \  ¦ $ í | 9 `  ¦ y © œ >  t “ ¦ e ” # Q PC

BM õ  s

7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ ë ß –[ þ t # Q ~ à Ì} Œ •`  ¦ + þ A$ í €   d ”  >   © œì  r o 

 )

a ~ à Ì} Œ •  © œI  ë ß –[ þ t # Q4 R ! Q 2 ; . Õ ª   õ  Si-PDTBTü <

PC

BM s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ s 6   x K  ] j Œ •  ) a € ª œF G$ í OTFT  H Õ

ªa Ë > 12b\ " f ˜ Ð# Œt   H  כ % ƒ! 3  & ñ / B N s 1 l x • ¸  H Z  } Ü ¼
 „  



 s 1 l x • ¸  H ‰ & ³$ y  ± ú “ É r ° ú כs  › ' a8 £ ¤ ) a  .

t ë ß –, s  Qô  Ç F Gd ” ô  Ç  © œì  r o   © œI \  ¦ t   H Si- PDTBT ü < PC

BM s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  co-solubile $ í | 9 `  ¦

t   H 1-chloronaphthalene(CN)`  ¦ €  • 4% V , # QÅ Ò>  ÷ &

€

  Õ ªa Ë > 13\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  ~ à Ì} Œ •  © œI \  × ¼  h Ë :ô  Ç



  o\  ¦ Ä »• ¸ >   ) a  . TEM`  ¦ s 6   x K  › ' a ¹ 1 Ïô  Ç CNs  ' ‘ 

  ) a Si-PDTBT ü < PC

BM _  ~ à Ì} Œ •“ É r d ”  >  Ó ü æ 5 g”    © œ I

 \ O s  & h ] X ô  Ç  © œì  r o  Ä »• ¸  ) a ~ à Ì} Œ •  © œI \  ¦ t >   ) a



. Õ ª   õ  € ª œF G$ í OTFT ™ è  % i r  & ñ / B N õ  „    — ¸

¿

º ¸ ú ˜ „  ² ú ˜÷ &  H a % ~“ É r € ª œF G$ í OTFT : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò>   ) a



.

VI. ‰ ˜ mø m Ç ö n Úù m Ç ù p § T “ Ó Þ” X ¢ W ë s Œ £ ;V R Ë OTFT

&

ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 õ  „    „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 `  ¦ & h & ñ q Ö  ¦ – Ð ™ D ¥

½

+ Ëô  Ç s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ s 6   x # Œ q “ §& h  $ í / B N& h “   € ª œF G$ í

Fig. 12. (Color online) TEM top-down images of Si-PDTBT-PC

BM BHJ thin film (-25 µm defocus w/o CN additive) and transport characteristics of Si-PDTBT-PC

BM OTFT fabricated without CN additive.

Fig. 13. (Color online) TEM top-down images of Si-PDTBT-PC

BM BHJ thin film (-25 µm defocus w/ CN additive) and transport characteristics of Si-PDTBT-PC

BM OTFT fabricated with CN additive.

OTFT\  ¦ ½ ¨‰ & ³ “ ¦ e ” |   t ë ß –, Õ ªA • ¸ & ñ / B N õ  „   

—

¸¿ º ¸ ú ˜ „  ² ú ˜÷ &  H é ß –{ 9  Ó ü t| 9 `  ¦ s 6   x # Œ € ª œF G$ í OTFT

\

 ¦ ½ ¨‰ & ³   H  כ s  % i r   © œ s  © œ& h “   ~ ½ ÓZ O { 9   כ s  .  t

ë ß –, @ / Òì  r _  { 9 ì ø Í& h “   / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 “ É r „  



˜ Ð   H & ñ / B N`  ¦  8 ¸ ú ˜ „  ² ú ˜r v   H : £ ¤$ í `  ¦ t “ ¦ e ” % 3 



. þ j   H \  „   ü < & ñ / B N s  — ¸¿ º ¸ ú ˜ „  ² ú ˜÷ &  H : £ ¤$ í `  ¦  t

  H / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰\  ¦ ë ß –[ þ t l  0 AK  & ñ / B N „  ² ú ˜ : £ ¤

$ í

`  ¦ ˜ Ðs   H  o½ + ËÓ ü t õ  (ŠҖ Ð „   \  ¦ Šҍ  H : £ ¤$ í s  e ” # Q donor  à Ԗ Ð Ô  ¦ 2 ; )ü < „    „  ² ú ˜ : £ ¤$ í `  ¦ t   H ( ŠҖ Ð

„

  \  ¦ ~ à Î  [ þ t s   H : £ ¤$ í s  e ” # Q acceptor à Ԗ Ð Ô  ¦ 2 ;



)  o½ + ËÓ ü t`  ¦   ½ + Ëô  Ç + þ AI _  D(donor)-A(acceptor)  { 9  _

 / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰[ þ t s  ½ + Ë$ í ÷ &# Q € ª œF G$ í OTFT\ 

&

h

6   x ÷ &“ ¦ e ”  . ³ ð 3\  þ j   H \  ˜ Г ¦  ) a € ª œF G$ í Ó ü t| 9 [ þ t`  ¦

˜

Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  .



z  ´ D-A > h¥ Æ _  / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰  H ± ú “ É r  ½ ™× ¼Ì “ s

`

 ¦ t   H Ó ü t| 9 `  ¦ ë ß –[ þ t l  0 AK  “ ¦î ß –  ) a ½ ¨› ¸s  . ± ú “ É r  ½ ™

×

¼Ì “ s`  ¦ t   H / B NÓ  o “ ¦ì  r   Ó ü t| 9 “ É r   H& h ü @‚   (near-IR)



t  f  ¨ à º % ò % i s  S X ‰  © œ H † d Ü ¼– Ð “  K   8 ´ ú §“ É r y n C`  ¦ f  ¨ à º

½

+ É Ã º e ”    H  © œ& h `  ¦ t “ ¦ e ” # Q “ ¦ì  r   I € ª œ„  t \ " f y n

C_  f  ¨ à º\  ¦ 7 £ x r &  Z  }“ É r \  -t  „  ¨ 8 Š ´ òÖ  ¦`  ¦ % 3 `  ¦ à º e ”

`  ¦  כ Ü ¼– Ð \ V © œ÷ &l  M :ë  H s  . z  ´] j– Ð ± ú “ É r  ½ ™× ¼Ì “ s`  ¦

t   H D-A  { 9 _  / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 “ É r I € ª œ„   t

 ™ è \ " f Z  }“ É r ´ òÖ  ¦`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  .

³

ð 3\  ™ è> h  ) a # Œ Q Ó ü t| 9  ×  æ \ " f PDTDPP-alt-BTZ  H

€

ª œF G$ í OTFT\ " f þ jœ í– Ð & ñ / B N õ  „   _  s 1 l x • ¸ 1 l x{ 9  ô

 Ç ¢ - a„   @ /g A „    „  ² ú ˜ : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ðs   H Ó ü t| 9 – Ð ˜ Г ¦÷ &% 3 



. PDTDPP-alt-BTZ  H l ” > r _  DDAD  { 9 _  ± ú “ É r  ½ ™

×

¼Ì “ s “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰ „   \  ¦ ¸ ú ˜ à º5 Å x ½ + É  כ Ü ¼– Ð l @ /÷ &



 H acceptor  à Ô\  ¦ t “ ¦ e ” 6 £ § \ • ¸ Ô  ¦ ½ ¨ “ ¦ & ñ / B N à º 5

Å

x 0 p x§ 4 s  „    à º5 Å x 0 p x§ 4 \  q K  ƒ  ] j
 Z  }    H  z  ´

`

 ¦ “  t  “ ¦ donor ô  Ç Â Òì  r @ /’  \  acceptor  à Ô\  ¦ 

  8 • ¸{ 9  # Œ „    à º5 Å x0 p x§ 4 `  ¦ † ¾ Ó © œr †   DADA  { 9 

Table 3. Examples of ambipolar organic semiconducting materials.

Material Chemical Structure Mobility (cm

/Vs) Ref

PDPP-TBT Hole: 0.35 electron: 0.40 [70]

PSeDPPBT Hole: 0.46 electron: 0.84 [71]

PBBTCD Hole: 0.13 electron: 0.10 [72]

PDTDPP-alt-EMD Hole: 0.29 electron: 0.25 [73]

TIPS-PEN replaced nitrogen atom Hole: 0.11 electron: 0.15 [74]

PSSS Hole: 0.03 electron: 0.03 [75]

PBBT-R-DPP Hole: 1.17 electron: 1.32 [76]

BBTDPP1 Hole: 0.10 electron: 0.09 [77]

DPPT-TT Hole: 1.36 electron: 1.56 [78]

PDTDPP-alt-BTZ Hole: 0.1 electron: 0.09 [29]

Ü

¼– Ð n  “   ) a “ ¦ì  r  s   [29]. PDTDPP-alt-BTZ_   o

†

< Æ ½ ¨› ¸  H Õ ªa Ë > 14\  ] j Œ •  ) a ™ è _  l ‘ : r ½ ¨› ¸ü < † < Êa 

 ? /# Q4 R e ”  . { 9 ì ø Í& h “   D-A  { 9 _  / B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø Í

•

¸^ ‰  H density function theory (DFT)\  ¦ s 6   x ô  Ç charge density isosurface\  ¦ ì  r$ 3 K  ˜ Ѐ   f . Ë „  ² ú ˜s  ŠҖ Ð s À Ò# Q t

  H HOMO _  isosurface  H „  ^ ‰ “ ¦ì  r   ^ ‰“  \  ¸ ú ˜ (  4

R e ”   H ì ø ̀  , LUMO_  isosurface  H acceptor ì  r     H

%

ƒ\  ² D G ™ è o ÷ &# Q e ”   H + þ Ad ” Ü ¼– Ð
 è ß –  [23, 24]. Õ ª

Q
 PDTDPP-alt-BTZ  H HOMO isosurface ü < LUMO isosurface  — ¸¿ º „  ^ ‰ “ ¦ì  r   ^ ‰“  `  ¦    Y  J “ ¦À Ò ì  r Ÿ í

  H  כ Ü ¼– Ð
 
 „   ü < & ñ / B N s  — ¸¿ º ¸ ú ˜ „  ² ú ˜÷ &  H s  Ä

»\  ¦ ¸ ú ˜ [ O " î K  Šғ ¦ e ”   (Õ ªa Ë > 14b).

Õ

ªa Ë > 15(a)ü < 15(b)_  „  ² ú ˜ : £ ¤$ í / B G‚  õ  Ø  ¦§ 4  : £ ¤$ í / B G

‚

 \ " f ˜ Ð1 p w s  ] j Œ •  ) a ™ è   H ¢ - a# 4 ô  Ç @ /g A& h  „    à º5 Å x 0

p x§ 4 õ  & ñ / B N à º5 Å x 0 p x§ 4 `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  .  © œ þ j& h  o  ) a

›

¸| Ü ¼– Ð ] j Œ •  ) a FET ™ è \ " f & ñ / B N s 1 l x • ¸  H €  • 0.1 cm

/Vs, „    s 1 l x • ¸  H €  • 0.09 cm

/Vs Ü ¼– Ð  Å Ò Ä ºÃ º ô

 Ç € ª œF G$ í OTFT : £ ¤$ í `  ¦ ˜ Ð# ŒÅ ғ ¦ e ”  . PDTDPP-alt- BTZ\  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G$ í OTFT ¿ º > h\  ¦ s 6   x ô  Ç  © œ ç ß –é ß – ô

 Ç + þ AI _   7 H o   r– Г   “  ! Q'  (invertor)\  ¦ ] j Œ •K  ‘ : r   

Fig. 14. (Color online) (a) Chemical structure of PDTDPP-alt-BTZ and schematic device structures of ambipolar PDTDPP-alt-BTZ OTFT, (b) charge-density isosurface for the HOMO and LUMO levels of PDTDPP- alt-BTZ. Both HOMO and LUMO isosurface are well delocalized over the entire conjugated main chain.

õ

 Õ ªa Ë > 16\ 
 
 e ”  . ] j Œ •  ) a “  ! Q' _  s 1 p q ° ú כ“ É r s

„   t  “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰\  ¦ s 6   x K  ] j Œ •  ) a € ª œF G$ í OTFT

\

 ¦ s 6   x ô  Ç “  ! Q'  ×  æ \ " f  H  © œ Z  }“ É r €  • 35& ñ • ¸_  s 1 p q

° ú

כ`  ¦ ˜ Ð# ŒÅ Ò% 3   [29].

VII. + s Ç Â ] Ø

‘

: r  7 Hë  H \ " f Ä »l  „    F « Ñ\  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G$ í OTFT_  ]

j Œ •õ  ™ è  ½ ¨1 l x" é ¶ o \  @ /K  ™ è> h “ ¦, € ª œF G$ í OTFT _

 ½ ¨‰ & ³`  ¦ 0 AK  œ íl \  & h 6   x ÷ &% 3 ~   & ñ / B N „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 õ 

„

   „  ² ú ˜ Ó ü t| 9 `  ¦ ™ D ¥ ½ + Ëô  Ç s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G$ í OTFT \  @ /K  ™ è> h % i  . s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ s 6   x ô  Ç € ª œF G

$ í

OTFT_  > hµ 1 Ï\ " f ×  æ כ ¹ô  Ç כ ¹™ è  H & ñ / B N „  ² ú ˜  ⠖ Ðü <

„

   „  ² ú ˜  ⠖ Ð ¸ ú ˜ s À Ò# Qt • ¸2 Ÿ ¤ ~ à Ì} Œ •_   © œI \  ¦ › ¸] X 

  H  כ s  . s   H s 7 á x 4 Ÿ ¤ ½ + Ë^ ‰\  ¦ + þ A$ í   H ¿ º Ó ü t| 9 _  & h  ] X

ô  Ç  © œ ì  r o \  ¦ : Ÿ x K  % 3 `  ¦ à º e ” Ü ¼ 9, s \  ¦ 0 AK  ™ è  ] j



Œ

• Ê ê \ P % ƒo \  ¦ : Ÿ x K  + þ A$ í   H ~ ½ ÓZ O õ  \ P & h  : £ ¤$ í s  €  •ô  Ç /

B NÓ  o “ ¦ì  r   ì ø ͕ ¸^ ‰ Ó ü t| 9 `  ¦ 0 Aô  Ç  o† < Æ& h  ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð p | ¾ Ó _

 ' ‘ ] j\  ¦ [ O # Q  © œì  r o \  ¦ Ä »• ¸   H ~ ½ ÓZ O `  ¦ ™ è> h % i 



.  8Ô  ¦ # Q & ñ / B N õ  „    — ¸¿ º ¸ ú ˜ „  ² ú ˜÷ &  H ± ú “ É r  ½ ™× ¼Ì “ s

`

 ¦ t   H ’  > hµ 1 Ï Ó ü t| 9  PDTDPP-alt-BTZ\  ¦ s 6   x ô  Ç ¢ - a

„

  @ /g A+ þ A € ª œF G$ í OTFT\  @ /K " f• ¸ ç ß –| Ä Ìy  ¶ ú ˜( R˜ Ѐ Œ ¤



.

€

ª œF G$ í OTFT\  › ' a ô  Ç ƒ  ½ ¨  H  f ”  œ íl  é ß –> \  QÓ ü t

“

¦ e ” Ü ¼ 9, é ß –F G$ í ™ è \  q K  ± ú “ É r „    s 1 l x • ¸\  ¦ ˜ Ð

#

Œ×  ¦ ÷  r ë ß –  m   on/off ratio % i r  10

∼ 10

& ñ • ¸– Ð $ í

Fig. 15. (Color online) (a) Transfer characteristics of ambipolar PDTDPP-alt-BTZ OTFT under p-type oper- ation (V

, V

< 0) and n-type operation (V

, V

>

0), (b) Output characteristics ofambipolar PDTDPP- alt -BTZ OTFT.

Fig. 16. (Color online) Inverter characteristics of an in-

verter based on two identical ambipolar PDTDPP- alt

-BTZ OTFTs. The steepness of the inverter curve indi-

cates a gain of ∼35.

0

p x€  \ " f p f  ¨ ô  Ç z  ´& ñ Ü ¼– Ð  f ”  ´ ú §“ É r ƒ  ½ ¨ > hµ 1 Ï`  ¦ € 9 כ ¹

–

Ð “ ¦ e ”  . · ú ¡" f l Õ ü t ô  Ç  כ % ƒ! 3 , Z  }“ É r $ í 0 p x`  ¦ t   H

€

ª œF G$ í OTFT_  > hµ 1 ϓ É r „    l l  ½ ¨1 l x  r– Ð_  n  “  

`

 ¦ é ß –í  H  o “ ¦  â | ¾ Ó o r ~  ´ à º e ”   H  © œ& h `  ¦ t “ ¦ e ” # Q p

A + þ A „    ™ è _  Ù þ ˜d ”  ™ èF  | ¨ c  כ Ü ¼– Ð l @ /÷ &“ ¦ e ” 



.   " f a % ~“ É r : £ ¤$ í _  ’  ½ © ™ èF  > hµ 1 Ïõ  ™ è  þ j& h  o l

Õ ü t > hµ 1 Ï`  ¦ 0 Aô  Ç t 5 Å q& h “   ƒ  ½ ¨ü < È Ò  > 5 Å q ÷ &# Q 

½

+ É  כ Ü ¼– Ð Ò q ty Œ •  ) a  .

P

c p 8 ý ò k >

‘

: r ƒ  ½ ¨  H 2010¸  • ¸ ì ø Íl  Ö  ¦ í ß –@ /† < Ɠ § ’  e ” “ §" é ¶& ñ ‚ Ã Ì õ

] j_  t " é ¶`  ¦ ~ à Î  à º' Ÿ ÷ &% 3 _ þ v m  .

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] W. P. Su, J. R. Schrieffer and A. J. Heeger, Phys.

Rev. Lett. 42, 1698 (1979).

[2] A. J. Heeger, S. Kivelson, J. R. Schrieffer and W. P.

Su, Rev. Mod. Phys. 60, 781 (1988).

[3] S. R. Forrest, Nature 428, 911 (2004).

[4] S. H. Park, S. Cho, J. K. Lee, K. Lee and A. J.

Heeger, Organic Electronics 10, 426 (2009).

[5] S. H. Park and S. Cho, New Physics: Sae mulli 62, 670 (2012).

[6] S. Cho, J. H. Seo, S. H. Park, S. Beaupre and M.

Leclerc et al., Adv. Mater. 22, 1253 (2010).

[7] C. Yang, S. Cho, A. J. Heeger and F. Wudl, Angew.

Chem. Int. Ed. 48, 1592 (2009).

[8] S. Cho, J. H. Seo, K. Lee and A. J. Heeger, Adv.

Funct. Mater. 19, 1459 (2009).

[9] J. H. Seo, H. Kim, S. Cho, Phys. Chem. Chem. Phys.

14, 4062 (2012).

[10] J. Y. Kim, K. Lee, N. E. Coates and D. Moses et al., Science 317, 222 (2007).

[11] S. H. Park, A. Roy, S. Beaupre, S. Cho and N. E.

Coates et al., Nature Photonic 3, 297 (2009).

[12] X. Gong, M. Tong, Y. Xia, W. Cai and J. S. Moon et al., Science 325, 5948 (2009).

[13] L. P. Ma, J. Liu and Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 80, 2997 (2002).

[14] B. H. Lee, S. H. Park, H. Back and K. Lee, Adv.

Funct. Mater. 21, 487 (2011).

[15] J. Huang, R. B. Kaner, J. Am. Chem. Soc. 126, 851 (2004).

[16] G. P. Collins, Sci. Am. 291, 74 (2004).

[17] H. Yan, Z. Chen, Y. Zheng, C. Newman and J. R.

Quinn et al., Nature 457, 679 (2009).

[18] M. Muccini, Nature Materials 5, 605 (2006).

[19] Z. Bao and J. Locklin, Organic field-effect transis- tors (CRC Press, Boca Raton, FL., 2007).

[20] E. J. Meijer, D. M. De Leeuw, S. Setayesh, E.

Van Veenendaal and B. H. Huisman et al., Nature.

Mater. 2, 678 (2003).

[21] B. Crone, A. Dodabalapur, Y. Y. Lin, R. W. Filas and Z. Bao et al., Nature 403, 521 (2000).

[22] L. B¨ urgi, M. Turbiez, R. Pfeiffer, F. Bienewald and H. J. Kirner et al., Adv. Mater. 20, 2217 (2008).

[23] I. McCulloch, M. Heeney, C. Bailey, K. Genevi- cius and I. Macdonald et al., Nature Mater. 5, 328 (2006).

[24] H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M.

Nielsen and K. Bechgaard et al., Nature 401, 685 (1999).

[25] J. C. Bijleveld, A. P. Zoombelt, S. G. J. Mathijssen, M. M. Wienk and M. Turbiez et al., J. Am. Chem.

Soc. 131, 16616 (2009).

[26] S. Cho, J. Yuen, J. Y. Kim, K. Lee and A. J. Heeger, Appl. Phys. Lett. 89, 153505 (2006).

[27] S. Cho, J. Yuen, J. Y. Kim, K. Lee and A. J. Heeger et al., Appl. Phys. Lett. 92, 063505 (2008).

[28] S. Cho, J. K. Lee, J. S. Moon, J. Yuen and K. Lee et al., Organic Electronics 9, 1107 (2008).

[29] S. Cho, J. Lee, M. Tong, J. H. Seo and C. Yang, Adv. Funct. Mater. 21, 1910 (2011).

[30] S. Cho, J. H. Seo, G. H. Kim, J. Y. Kim and H. Y.

Woo, J. Mater. Chem. 22, 21238 (2012).

[31] A. Tsumura, H. Koezuka and T. Ando, Appl. Phys.

Lett. 49, 1210 (1986).

[32] R. D. McCullough, R. D. Lowe, M. Jayaraman and D. L. Anderson, J. Org. Chem. 58, 904 (1993).

[33] Z. Bao, A. Dodabalapur and A. Lovinger, Appl.

Phys. Lett. 69, 4108 (1996).

[34] H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M.

Nielsen and K. Bechgaard et al., Nature 401, 685 (1999).

[35] B. S. Ong, Y. Wu, P. Liu and S. Gardner, J. Am.

Chem. Soc. 126, 3378 (2004).