変調ピッチのねじれた有機半導体結晶の充電輸送

多くの分子結晶（約3分の1）は、溶融物からねじれたヘリコイドリボンとして成長し、この優勢は、制限されたクラスの材料、たとえば電荷移動複合体でさらに高くなります。以前は、このような複合体のねじれた微結晶は、キャリアモビリティの増加を示しています。ここでは、電荷移動度に対するねじれの効果は、単一コンポーネントの有機半導体、2,5-ビス（3-ドデシル-2-チエニル） - チアゾロ[5,4-d]チアゾール（BDT）についてよりよく分析されます。さまざまなヘリコイドピッチを使用し、ひねりの強度とキャリアモビリティの相関を可能にします。フィルムは、X線散乱とミューラーマトリックス偏光によって分析され、多結晶アンサンブルのマイクロスケール組織を特徴付けます。有機フィールド効果トランジスタのキャリアモビリティは、結晶が最小ピッチ（最もねじれた）で成長すると、最大のピッチを持つものと比較して、繊維の伸び方向に沿って5倍高くなります。垂直方向に沿って10倍の増加が観察されます。走査型電子顕微鏡画像と密度の官能理論に基づく電位のシミュレーションは、ねじれが強化された可動性が主にフィルムの繊維組織によって制御されていることを示唆しています。多数の小さなギャップで区切られたより多くの密集したねじれた繊維は、より大きなギャップで区切られたより少ない大きな微結晶と比較して、フィルム表面上のより良い充電輸送を可能にします。

Many molecular crystals (approximately one third) grow as twisted, helicoidal ribbons from the melt, and this preponderance is even higher in restricted classes of materials, for instance, charge-transfer complexes. Previously, twisted crystallites of such complexes present an increase in carrier mobilities. Here, the effect of twisting on charge mobility is better analyzed for a monocomponent organic semiconductor, 2,5-bis(3-dodecyl-2-thienyl)-thiazolo[5,4-d]thiazole (BDT), that forms twisted crystals with varied helicoidal pitches and makes possible a correlation of twist strength with carrier mobility. Films are analyzed by X-ray scattering and Mueller matrix polarimetry to characterize the microscale organization of the polycrystalline ensembles. Carrier mobilities of organic field-effect transistors are five times higher when the crystals are grown with the smallest pitches (most twisted), compared to those with the largest pitches, along the fiber elongation direction. A tenfold increase is observed along the perpendicular direction. Simulation of electrical potential based on scanning electron microscopy images and density functional theory suggests that the twisting-enhanced mobility is mainly controlled by the fiber organization in the film. A greater number of tightly packed twisted fibers separated by numerous smaller gaps permit better charge transport over the film surface compared to fewer big crystallites separated by larger gaps.