前言

近代電子元件製程的趨勢是縮減元件尺寸，提高集成度，近年來已經有許多科學家開始奈米元件的研究，其中一部分為有機導電高分子組成類似半導體元件特徵的奈米分子電子元件。

 

Nano Device and Mesoscopic Physics Laboratory

 

 

 

 

相關元件特性

 

二維奈米元件

有機薄膜電晶體屬於二維的奈米元件，其導電材料為聚甲基矽氧烷(Polysiloxane)和聚乙炔(Polyacetylene)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一維奈米元件

一維奈米導電材料，例如奈米碳管(Carbon Nanotube)或是一維奈米線(Nanowire)連接於元件兩端之電極，即可做出一維的奈米元件。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                

        

零維奈米元件

將零維的C60連接於元件中兩端電極之間的傳導部分即可製成零維奈米元件，亦可做成零維場效電晶體，此電晶體為單電子電晶體(Single Electron Transstor, SET)我。







有機導電高分子 : 聚苯胺(Polyaniline)

 

聚苯胺是以苯胺(aniline)為單體(monomer)所形成的聚合物，其所進行的聚合反應屬於氧化聚合，聚苯胺的IUPAC命名為: poly (1,4-phenylene-p-phenylenedimine-co-1, 4-phenylene-p-benzo-quinodiimine)，可以用下式表示:

 

 

 

 

 

 

 

因氧化程度不同，一條聚苯胺長鏈其結構中可能具備兩種不同的單位，分別為:

 

 

                  氧化重覆單位

 

 

 

 

 

                  還原重覆單位

 

 

 

 

 一條聚苯胺長鏈中，氧化與還原的單位比例不盡相同，隨著比

例y的改變，可將聚苯胺分成3種不同的形式:

 

聚苯胺製成 :  電化學合成

電化學合成導電高分子是目前普遍常用的方法，它具有程序簡單和製備再現性高的優點。常用的電化學聚合法則有定電流法、定電壓法、循環伏安法。

 

循環伏安法

不同分析物有不同的氧化還原電位，改變施加電位，偵測其電流的變化，可得氧化-還原之圖形，並可用來判斷反應可逆性、逐級反應、有時也可觀察中間產物。

 

電化學儀器示意圖

電化學聚合是使用三極式的裝置，以下分別做介紹:

 

                  I. 工作電極(Work electrode)

 

                 II. 參考電極(Reference electrode)

 

                III. 輔助電極(Auxiliary electrode)

 













 聚苯胺成長在電極上之光學影像圖

I. 聚苯胺成長在晶片上的光學顯微鏡(Optical microscope)之影像圖










不同型態之聚苯胺

 

 

 

 

 

 

圖 (a) : 使用化學合成法成長的聚苯胺塊材(bulk)。

聚苯胺奈米纖維薄膜場效電晶體之電子傳輸特性圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ID-VD 特性量測

 

判斷元件是否有電晶體特性通常是藉由ID-VD特性圖，一般電晶體的輸出特性是元件源極(VS)與汲極(VD)兩端的電流，可由第三端的閘極(VG)電壓變化來控制 。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

有機薄膜電晶體的載子遷移率

 

 

 

圖 (b) 和 (c) : 使用電化學合成法成長之 不同粗細的聚苯胺奈米纖維(nanofiber)薄膜 (thin film)。

 




II. 聚苯胺成長在晶片上的掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron 
     Microscope;SEM)之影像圖

y = 0.5 :  最穩定狀態，稱之為Emeraldine base，外觀呈現綠藍色

y = 1    :  全還原態，稱之為Leucoemeraldine，外觀呈現白色

y = 0    :  全氧化態，稱之為 Pernigraniline，外觀呈現紫色