Thiết kế và Tổng hợp Bán dẫn Hữu cơ cho Sử dụng trong Transistor Hiệu ứng Trường Hữu cơ

Luận án tiến sĩ về thiết kế và tổng hợp chất bán dẫn hữu cơ cho transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFETs). Nghiên cứu chuyên sâu về vật liệu và ứng dụng.

• Tác giả: Amanda Ruth Murphy
• Người hướng dẫn: Professor Jean M. Fréchet, Chair
• Trường học: University Of California, Berkeley
• Chuyên ngành: Chemistry
• Đề tài: Design and Synthesis of Organic Semiconductors for Use Organic Field Effect Transistors
• Loại tài liệu: Dissertation
• Năm xuất bản: Spring 2006
• Địa điểm: Berkeley

Tóm tắt

I. OFETs Tổng quan về Thiết kế Vật liệu Bán dẫn Hữu cơ

Trong thập kỷ qua, nghiên cứu về vật liệu bán dẫn hữu cơ đã đạt được nhiều tiến bộ, mang đến những tính năng ưu việt so với silicon vô định hình. Các bán dẫn hữu cơ được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử chi phí thấp hoặc diện tích lớn như transistor hiệu ứng trường hữu cơ (OFETs), điốt phát quang hữu cơ (OLEDs), cảm biến quang điện và thẻ nhận dạng tần số vô tuyến (RFID). Ưu điểm của chúng là khả năng xử lý ở nhiệt độ thấp và tính dẻo, cho phép sử dụng các chất nền linh hoạt như nhựa hoặc vải. Tuy nhiên, phần lớn vật liệu mới phát triển lại không hòa tan, đòi hỏi phải sử dụng phương pháp bay hơi nhiệt để tạo màng mỏng. Để cạnh tranh với silicon, các nhà sản xuất cần sử dụng các phương pháp lắng đọng dựa trên dung dịch như spin coating, dập hoặc in ấn, nhằm tối ưu hóa chi phí và quy trình sản xuất. Công trình nghiên cứu này tập trung vào các phương pháp hòa tan và kiểm soát tự lắp ráp của các oligome liên hợp, nhằm tối đa hóa các tính chất bán dẫn từ các quy trình dựa trên dung dịch. Chương 1 cung cấp tổng quan về các bán dẫn hữu cơ truyền điện tích, mô tả cách chế tạo và thử nghiệm thiết bị. Một đánh giá sâu rộng về các oligome loại p và n xử lý bằng dung dịch cũng được đưa ra.

1.1. Cơ chế Dẫn điện trong Vật liệu Bán dẫn Hữu cơ

Lý thuyết về dẫn điện trong vật liệu bán dẫn hữu cơ đã được nghiên cứu rộng rãi. Cơ chế chung liên quan đến việc truyền điện tích từ oligome tích điện sang oligome trung tính lân cận. Quá trình này phụ thuộc lớn vào nồng độ bẫy tại giao diện điện môi-bán dẫn và ranh giới hạt. Việc sắp xếp các phân tử lân cận cần được tối ưu hóa để tăng cường sự chồng chéo giữa các hệ π của các phân tử lân cận, từ đó tăng khả năng khử định xứ điện tích và giảm thiểu các khuyết tật bẫy. Điều này có thể đạt được bằng cách tăng cường tính kết tinh của vật liệu khối bằng cách thiết kế các phân tử thơm rất phẳng với hoặc không có các nhóm chức năng khác. Tương tác phân tử trong tinh thể đã được mô hình hóa, trong đó sự thoái hóa các mức năng lượng dự đoán sự hình thành các trạng thái giống dải.

1.2. Transistor Hiệu ứng Trường FET và Ứng dụng

Transistor hiệu ứng trường (FET) đóng vai trò là một công tắc bật/tắt, là thành phần không thể thiếu trong các mạch tích hợp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong thẻ RFID, cảm biến và điều khiển các pixel trong màn hình ma trận chủ động. Các phương pháp thử nghiệm tính chất của vật liệu hữu cơ, bao gồm thời gian bay (TOF), dòng điện tích không gian (SCLC) và đo đạc transistor (FET), đều được sử dụng. FET bao gồm một điện cực cổng, một chất cách điện và vật liệu bán dẫn hữu cơ nằm giữa các điện cực nguồn và máng. Vật liệu nền và điện cực cổng thường được chế tạo từ các chất liệu đã pha tạp. Các thiết bị có thể được xây dựng theo cấu trúc tiếp xúc trên hoặc tiếp xúc dưới, mỗi loại đều có những ưu điểm riêng. Cấu trúc tiếp xúc trên thường có điện trở tiếp xúc tối thiểu và độ linh động cao hơn. Trong khi đó, cấu trúc tiếp xúc dưới dễ dàng tích hợp vào các quy trình sản xuất chi phí thấp hơn.

II. Tổng hợp Bán dẫn Hữu cơ Giải pháp Tối ưu Hiệu suất OFET

Để vật liệu bán dẫn hữu cơ có thể cạnh tranh với các vật liệu truyền thống, chúng phải có khả năng được xử lý bằng dung dịch. Tuy nhiên, các bán dẫn hữu cơ xử lý bằng dung dịch thường có hiệu suất thấp hơn so với các vật liệu bay hơi nhiệt. Điều này là do sự chức năng hóa hóa học cần thiết để tăng cường tính hòa tan làm cản trở xu hướng xếp chồng z tự nhiên của các phân tử, làm giảm tính di động điện tích. Do đó, việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả là rất quan trọng. Chương 4 trình bày một phương pháp tổng hợp để kết hợp các nhóm hòa tan có thể loại bỏ bằng nhiệt vào bán dẫn hữu cơ, được minh họa bằng một oligome sexithiophene. Tổng hợp, đặc tính hóa học và đặc tính chi tiết của các màng xử lý bằng dung dịch của oligome này được thực hiện bằng AFM và quang phổ NEXAFS. Chương 5 mở rộng chủ đề này bằng cách chuẩn bị một loạt các oligome được chức năng hóa với các nhóm hòa tan này để suy ra các mối quan hệ cấu trúc-tính chất khác nhau.

2.1. Phương pháp Tổng hợp Vật liệu Bán dẫn Hữu cơ

Các phương pháp tổng hợp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra vật liệu bán dẫn hữu cơ có hiệu suất cao. Các kỹ thuật như phản ứng Suzuki, phản ứng Stille và phản ứng Sonogashira được sử dụng rộng rãi để xây dựng các cấu trúc phân tử phức tạp. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp phụ thuộc vào loại vật liệu bán dẫn hữu cơ mong muốn và các đặc tính cụ thể cần đạt được. Ví dụ, phản ứng Sonogashira thường được sử dụng để liên kết các đơn vị acetylenic, trong khi phản ứng Suzuki hiệu quả trong việc liên kết các aryl boronic acid và aryl halide.

2.2. Tối ưu hóa Cấu trúc Phân tử để Cải thiện Hiệu suất OFET

Cấu trúc phân tử của vật liệu bán dẫn hữu cơ có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của OFET. Các phân tử phẳng và có độ kết tinh cao thường dẫn đến độ linh động điện tích cao hơn. Việc giới thiệu các nhóm chức năng có thể cải thiện độ hòa tan và khả năng xử lý mà không ảnh hưởng đến tính chất điện. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh cấu trúc phân tử có thể dẫn đến những cải tiến đáng kể về hiệu suất và độ ổn định của OFET. Ảnh hưởng của cấu trúc phân tử đến hiệu suất OFET là một yếu tố quan trọng cần xem xét trong thiết kế vật liệu.

III. Chế tạo OFET Quy trình Lắng đọng Màng mỏng và Tối ưu hóa

Quá trình lắng đọng màng mỏng là một bước quan trọng trong việc chế tạo OFET. Các kỹ thuật lắng đọng dựa trên dung dịch như spin coating, drop-casting và in ấn cho phép sản xuất các thiết bị diện tích lớn với chi phí thấp. Tuy nhiên, cần phải tối ưu hóa các thông số quy trình để đạt được các màng mỏng chất lượng cao với độ đồng đều và độ kết tinh tốt. Các yếu tố như loại dung môi, nồng độ, nhiệt độ và tốc độ quay có thể ảnh hưởng đến hình thái và hiệu suất của màng. Ngoài ra, việc xử lý bề mặt của chất nền có thể cải thiện khả năng thấm ướt và độ bám dính của vật liệu bán dẫn hữu cơ.

3.1. Kỹ thuật Spin Coating và Các yếu tố ảnh hưởng

Spin coating là một kỹ thuật phổ biến để lắng đọng màng mỏng trong chế tạo OFET. Dung dịch vật liệu bán dẫn hữu cơ được nhỏ lên chất nền quay, và lực ly tâm giúp trải đều dung dịch và tạo thành một lớp màng mỏng. Độ dày và độ đồng đều của màng có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh tốc độ quay, nồng độ dung dịch và các thông số khác. Dung môi được sử dụng trong spin coating đóng một vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến độ hòa tan, độ nhớt và tốc độ bay hơi. Việc lựa chọn dung môi phù hợp là rất quan trọng để đạt được màng mỏng chất lượng cao.

3.2. Drop casting và In ấn Các phương pháp chi phí thấp

Drop-casting và in ấn là các phương pháp lắng đọng màng mỏng chi phí thấp có thể được sử dụng để chế tạo OFET. Drop-casting liên quan đến việc nhỏ một giọt dung dịch vật liệu bán dẫn hữu cơ lên chất nền và để dung môi bay hơi. Phương pháp này đơn giản nhưng có thể dẫn đến màng không đồng đều. In ấn, chẳng hạn như in phun và in lụa, cho phép tạo ra các màng mỏng có hoa văn với độ phân giải cao. Các kỹ thuật in ấn đang ngày càng trở nên phổ biến để sản xuất hàng loạt OFET và các thiết bị điện tử hữu cơ khác.

IV. Ứng dụng OFETs Cảm biến Điện tử Mềm Nghiên cứu Tiềm năng

OFET có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cảm biến, điện tử mềm và điện tử sinh học. Trong lĩnh vực cảm biến, OFET có thể được sử dụng để phát hiện các loại khí, chất lỏng và sinh chất khác nhau. Ứng dụng của OFET trong cảm biến là do độ nhạy cao của chúng đối với những thay đổi trong môi trường xung quanh. Điện tử mềm là một lĩnh vực khác mà OFET hứa hẹn nhiều tiềm năng. OFET linh hoạt có thể được chế tạo trên các chất nền linh hoạt, cho phép phát triển các thiết bị điện tử có thể đeo được và có thể uốn cong. Trong lĩnh vực điện tử sinh học, OFET có thể được sử dụng để giao tiếp với các tế bào và mô sống.

4.1. OFET trong Cảm biến Phát hiện Khí Chất lỏng và Sinh chất

Ứng dụng của OFET trong cảm biến dựa trên khả năng của chúng trong việc phát hiện những thay đổi nhỏ trong môi trường xung quanh. Khi một phân tử khí hoặc chất lỏng hấp phụ lên bề mặt của vật liệu bán dẫn hữu cơ, nó có thể thay đổi tính chất điện của OFET. Bằng cách theo dõi những thay đổi này, có thể phát hiện và định lượng sự hiện diện của các chất khác nhau. OFET đã được sử dụng để phát hiện nhiều loại khí, bao gồm amoniac, nitơ đioxit và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

4.2. OFET Linh hoạt cho Điện tử Mềm và Thiết bị Có thể Đeo

OFET linh hoạt được chế tạo trên các chất nền linh hoạt như nhựa hoặc giấy, cho phép phát triển các thiết bị điện tử có thể uốn cong, kéo dãn và đeo được. Điều này mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng như màn hình linh hoạt, cảm biến có thể đeo và các thiết bị y tế cấy ghép. Các vật liệu bán dẫn hữu cơ được sử dụng trong OFET linh hoạt phải có tính linh hoạt, độ ổn định và hiệu suất cao để đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng này.

V. Nghiên cứu Độ ổn định OFET Yếu tố Môi trường và Giải pháp

Độ ổn định của OFET là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết để đảm bảo hiệu suất lâu dài của các thiết bị này. OFET có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường, bao gồm độ ẩm, ánh sáng và nhiệt độ. Độ ẩm có thể dẫn đến sự suy giảm của vật liệu bán dẫn hữu cơ, trong khi ánh sáng có thể gây ra các phản ứng quang hóa. Nhiệt độ cao có thể làm tăng tốc độ phân hủy của vật liệu. Các nhà nghiên cứu đang nỗ lực phát triển các phương pháp cải thiện độ ổn định của OFET, chẳng hạn như đóng gói thiết bị, sử dụng các vật liệu ổn định hơn và tối ưu hóa quy trình chế tạo.

5.1. Ảnh hưởng của Độ ẩm Ánh sáng và Nhiệt độ lên OFET

Các yếu tố môi trường như độ ẩm, ánh sáng và nhiệt độ có thể gây ra sự suy giảm hiệu suất và độ ổn định của OFET. Độ ẩm có thể xâm nhập vào vật liệu bán dẫn hữu cơ và gây ra các phản ứng hóa học dẫn đến suy giảm. Ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng tia cực tím, có thể gây ra các phản ứng quang hóa phá vỡ cấu trúc phân tử của vật liệu. Nhiệt độ cao có thể làm tăng tốc độ của các phản ứng phân hủy và làm giảm tính di động điện tử của vật liệu bán dẫn hữu cơ.

5.2. Các Phương pháp Cải thiện Độ ổn định của OFETs

Nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển để cải thiện độ ổn định của OFET. Đóng gói thiết bị trong một môi trường trơ có thể bảo vệ vật liệu bán dẫn hữu cơ khỏi độ ẩm và oxy. Sử dụng các vật liệu ổn định hơn, chẳng hạn như các polyme có độ bền cao, có thể tăng cường khả năng chống lại sự suy thoái. Tối ưu hóa quy trình chế tạo, chẳng hạn như xử lý bề mặt của chất nền, cũng có thể cải thiện độ ổn định của OFET.

VI. Tương lai OFET Vật liệu Mới Thiết kế Đột phá Tiềm năng

Tương lai của OFET rất tươi sáng, với nhiều nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các vật liệu bán dẫn hữu cơ mới, thiết kế thiết bị đột phá và quy trình chế tạo cải tiến. Các nhà nghiên cứu đang khám phá các vật liệu bán dẫn hữu cơ mới có tính linh động điện tích cao hơn, độ ổn định tốt hơn và khả năng xử lý dễ dàng hơn. Các thiết kế thiết bị mới, chẳng hạn như OFET ba chiều, có thể mang lại hiệu suất và chức năng cao hơn. Các quy trình chế tạo cải tiến, chẳng hạn như in ấn cuộn-to-cuộn, có thể cho phép sản xuất hàng loạt OFET chi phí thấp.

6.1. Vật liệu Bán dẫn Hữu cơ Mới Hướng đến Hiệu suất Vượt trội

Nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển các vật liệu bán dẫn hữu cơ mới có tính linh động điện tích cao hơn, độ ổn định tốt hơn và khả năng xử lý dễ dàng hơn. Các vật liệu này có thể bao gồm các polyme mới, các phân tử nhỏ và các vật liệu composite. Việc thiết kế và tổng hợp các vật liệu bán dẫn hữu cơ mới đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất.

6.2. Thiết kế OFET Ba chiều Mở ra Tiềm năng Ứng dụng Mới

Thiết kế OFET ba chiều là một lĩnh vực nghiên cứu mới nổi đầy hứa hẹn về hiệu suất và chức năng cao hơn. OFET ba chiều có thể có diện tích bề mặt lớn hơn, cho phép tăng tính di động điện tử và khả năng cảm biến. Các thiết kế này có thể mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng như thiết bị điện tử có thể đeo, cảm biến sinh học và thu năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Design and Synthesis of Organic Semiconductors for use in Organic Field Effect Transistors By Amanda Ruth Murphy B. (Western Washington University) 2001 A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Chemistry in the GRADUATE DIVISION of the UNIVERSITY of CALIFORNIA at BERKELEY Committee in charge: Professor Jean M. Fréchet, Chair Professor Peidong Yang Professor Vivek Subramanian Spring 2006 UMI Number: 3228434 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction.

In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion. ® UMI UMI Microform 3228434 Copyright 2006 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved.

This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Design and Synthesis of Organic Semiconductors for Use in Organic Field Effect Transistors Copyright © 2006 By Amanda Ruth Murphy Abstract Design and Synthesis of Organic Semiconductors for Use in Organic Field Effect Transistors By Amanda Ruth Murphy Doctor of Philosophy in Chemistry University of California, Berkeley Professor Jean M. Fréchet, Chair In the past ten years, much progress has been made in producing organic semiconductors with properties that rival amorphous silicon.

Organic semiconductors are sought for low-cost or large-area electronic devices such as organic field-effect transistors (OFETs), light-emitting diodes (OLEDs), photovoltaic cells, sensors, and radio frequency identification (RFID) tags. Low temperature processing options and the ductility of organic materials also allow flexible plastics or fabrics to be used as substrates. However, the majority of the newly developed materials are insoluble requiring the use of thermal evaporation to obtain thin films. In order for these organic semiconductors to compete as ‘low cost’ alternatives to silicon, manufacturers must be able to use large-area, continuous, reel-to-reel methods for production, which would likely involve the solution-based deposition methods such as spin coating, stamping, or printing.

Therefore, our work has focused on methods for solubilizing and controlling the self-assembly of conjugated oligomers in order to maximize the semiconducting properties from solution-based processes. Chapter 1 gives a general overview of charge transfer in organic semiconductors, and describes how devices are fabricated and tested. An extensive review of the literature on solution processed p- and n-type oligomers is also given. Chapter 2 and 3 discuss our initial attempts to produce soluble oligothiophenes capable of self-assembly.

Chapter 2 focuses on B-functionalized heptathiophene oligomers, while Chapter 3 deals with a-a’-substituted oligothiophene derivatives. The morphology, mechanical, and electrical properties of thermally evaporated, drop-cast and Langmuir-Blodgett (LB) monolayer and multilayer films on silicon dioxide and mica are studied in detail. A synthetic method for incorporating thermally removable solubilizing groups into organic semiconductors is outlined in Chapter 4, and demonstrated using a sexithiophene oligomer. The synthesis, chemical characterization, as well as an in-depth characterization of solution-processed films of this oligomer using AFM and NEXAFS spectroscopy is given.

This theme is carried over to Chapter 5, where a series of oligomers functionalized with these solubilizing groups were prepared in order to deduce various structure-property relationships. Organic field-effect transistors (OFETs) made from spun-cast films of these oligomers gave values are comparable with the best thermally evaporated thiophene oligomers reported in the literature, demonstrating the utility of our solubilizing method. In Chapter 6, we report the first OFET devices fabricated from self-assembled monolayers of end-functionalized thiophene oligomers. Oligomers containing organosilane and thiol binding groups were prepared and characterized.

Monolayer films were made using solution or Langmuir-Blodgett deposition techniques, and characterized by AFM, ellipsometry and NEXAFS spectroscopy. The performance and stability of these monolayers were investigated in bottom contact field-effect transistors. Finally, Chapter 7 discusses the synthetic strategy we have developed to access both regiorandom and regioregular polythiophenes containing electron-withdrawing carboxylate substituents. Although these polymers have extended conjugation lengths, they provide better oxidative doping stability than conventional polythiophenes due to the lowering of the HOMO energy levels by approximately 0.

High charge mobilities and on/off ratios are observed in OFETs fabricated entirely in air and remain stable over a period of months demonstrating the low propensity of these materials towards p- doping by molecular oxygen. Chair Date Table of Contents AcknowledgmeriS. ch HH KT KH Ki Ki SOLE KĐT iv Chapter 1: Introduction to Organic SemiconducfOrS. cuc nen nhe nén khe 1 0052.

eae enn EEE Anne aes 2 2. Conduction in Organic SemiconducforS.1 3D Structure and Charge Transport. cu nen nhe khe 4 2.2 Field Effect TransisfOFS. nn nn nh nh hờ 5 3.

Literature Review of Solution-Processed P-Type Oligomers. Literature Review of Solution-Processed N-Type Oligomers. EEG EEE SHES EEA ESHER EES23 Chapter 2: Synthesis of B-Functionalized Oligothiophenes and the Thin Film Morphology, Mechanical, and Electrical Propertfi@s. cuc nn nen nành he nhe 31 1.

cuc nh nH HH ng kế KT ĐC TK EERE EES 32 2. Results and DiscusSion. cuc non HH» by nh» nh hen KH tà tàn 32 2.1 Design and Synthesis.2 Evaporated and Solution Processed Film Morphology.3 Langmuir-Blodgett Monolayers of 'T7-COOH.4 OFET Device Construction and Performance. ng TH KH HH ch bà g3 kệ 49 4.

Materials and Methods. chen eee cent eae eeee eee es 50 5. nhàn bì ng nh nh eae 58 Chapter 3: Synthesis and AFM Studies of Carboxylic-Acid Functionalized Pentathio- phenes on Mica SuIÍaCc@S. LH nen nề nh» nh Đà kh rà 60 1.

In†fOdUCÍOP.- HH TH TT KH hà nà KT TT nh tà hy 61 2. Results and DiscUsSÌOn. cu HT nen nh bà ng nà Hà kh nh re 62 2. nen» nh nh nh nh tà62 2.2 Monolayer Film Formafion.

nh nén nh bà kén dao 64 2.3 Mechanical Properties of the Films.4 Dielectric and Electrical Dipole Properties of C10-5TBA Films. ác nành Hà HT HT HH KHE LH 80 4. Materials and Methods. cuc nn nhe nhe ĐH kh kết 81 5.

nhàn Hành HH HH KH KH HH ĐH C0 senses 89 Chapter 4: Film Morphology and Transistor Performance of Soluble Oligothiophene Derivatives Containing Thermally Removable Solubilizing Groups. HH HH HH TH KH KH kh ĐT ch BI 9 kg ha 93 2. Results and Discussion.-- HH HT ng vn nh khe 94 2.1 Oligomer Design and SyntheSis. che nhe nh nhe 94 2.3 Thin Film Morphology.4 Soft X-Ray Characterization of Thin Films.5 OFET Device Performance.

nen HH nhe 109 3.-- cá nén Hàn Hà HH HH KH Thi gi ĐH 114 4. Materials and Methods. con nh ng ng nhe 115 5. nành nhúnnà HH HH HH KH HH HH KH cà ền 128 Chapter 5: Molecular Ordering and Charge Mobility Trends In a Series of Solution- Processed Oligothiophene Ultrathin Films.

ch nh nàn Hà HH rà kế tà hi Là LHY 131 2. Results and Discussion.- ch nn «TH kh kh nhe 132 2.1 Oligomer Synthesis and Characterizafion.2 Thin Film Morphology. cc- nh nhe oe, 141 2.3 Molecular Orientation Evaluation by NEXAFS.4 Film Quality Analysis By NEXAFS. neers tetera ners 150 2.5 Film Morphology Discussion.

cu nhe nhe nhe Ha 152 2.6 OTFT Device Characterizafion.c nen nen nnn nhe hie 152 khe. Materials and Methods. ch nn kn kh nh nhà bến 156 "2. 182 Chapter 6: Self-Assembled Monolayer TransisfOFS.

nen nén nen hen 166 1. cu nh Hs HT» HT ĐK nh Ki EEE ch 167 2. Results and Discussion. cuc nen» nh nén he nhà ke 189 2.1 Oligomer Synth@SiS.- nen nh» Hs nh biet 169 2.2 Bulk Film Properties.3 Self-Assembled Monolayer Films.4 Langmuir-Blodgett Films.

Lee nh nh nh nh ve 177 3, Conclusions and Future Work. cece nh nh Hư bay 182 4. Materials and Methods.- nén nh nh KH ho bà rà 183 ban ¡ <=. 190 Chapter 7: Synthesis, Characterization, and Field-Effect Transistor Performance of Ester Functionalized Polythiophenes.

chen nh nh nh Ha 192 hoc n7 Add. Results and DiscUsSSiOn. ben» nhe Hàn He nà nha 194 2.1 Polymer Synthe@SiS. iu nen nen nh nh nề nh hà nen ens 194 2.-- Ác ĐH n HT Hà nhe Hà 203 2.

LG He HH ke nh nhe oa 205 KNe. Materials and Methods. cuc» nen nen ko hờn 210 ni ae. 216 Appendix A: Near-Edge X-ray Absorption Fine Structure Spectroscopy.-- LH HH rene eens esate Hs khi 220 A3.

HH HH TH KH KH HT kh Ki EU 224 11 Acknowledgements First, | would not be where | am today without several people who have encouraged me throughout my academic career. As far back as high school, Mr. Booth’s Advanced Chemistry/Physics class incited my love for science, and motivated me to pursue a science-oriented major in college. At Western, my advisor Steve Dillman was a constant source of encouragement throughout my five years in the engineering department.

My summer internship at IBM, working under the supervision of Robert Miller and Victor Lee, changed the course of my studies from engineering to chemistry. While at IBM, | was introduced to Professor Fréchet and without his help | would have never come to Berkeley. Professor Fréchet has been an outstanding mentor and an inspiration, and | am grateful that he gave me the chance to work in his laboratories. There are several people | have met here in Berkeley that have made the hardships of graduate school bearable and made my time here worthwhile.

My fellow classmates in the Fréchet group: Cameron Lee who tutored me through our first year of classes, Scott Baker for always having an inappropriate joke to make me laugh, and Stephany Standley. Cathy Liang and Brett Helms were the best lab-mates ever- they made me enjoy coming to work (even though Brett almost succeeded in setting me on fire!). The ‘Francis’ boys, especially Amish Patel, Neel Joshi, Jacob Hooker, and David Tilley, as well as Josh Goldberger were non-stop entertainment throughout the years. Lastly, | have to thank the ‘GNO’ club, Jen Prescher, Jenn Barbarow, Dorothea Fiedler and Stephany Standley, for many nights in the seedy clubs of SF! My family and friends back in Washington have also been a vital source of love and support.

My parents, Bill and Connie Murphy, are the most compassionate, generous, and devoted parents that anyone could ask for. My sister and brother, Michelle and Andre, have been great friends over the years, and | know they will always be there when | need them. 1V Lastly, my best girls, Suvantha Dickerson, Margen Carlson and Meghan Weston, have been an indispensable source of comfort and support, and are always good for a fantastic night out on the town! Finally- to my one and only John Matthew Antos- if for no other reason, | was meant to come to Berkeley to find you. | love you and | can’t wait to begin the next stage of our lives together in Boston.

Chapter 1 Introduction to Organic Semiconductors Abstract In the past ten years, there has been a flood of new research aimed at the development of organic semiconductors with properties that rival amorphous silicon. This chapter gives an overview of the basic charge transport mechanisms, device fabrication and electrical measurement, as well as a review of the literature on solution-processed oligomeric organic semiconductors. Introduction The solubility of organic semiconducting materials is a particularly important consideration when evaluating candidates for use in low cost electronic devices such as organic field-effect transistors (OFETs),'Š light-emitting diodes (OLEDs),** photovoltaic cells,"” 6-8 sensors,”"° and 11-13 radio frequency identification (RFID) tags, since the most economic processing methods for 3,14 15,16 these materials include solution-based methods such as spin coating," ˆ stamping, or ink-jet printing."”"® Suitably modified organic materials are compatible with solution processing techniques thereby eliminating the need for expensive lithography and vacuum deposition steps mandatory for most other solid-state materials such as silicon.