مطيافية تعديل الشحنة

يُعدّ مطياف تعديل الشحنة أداةً من أدوات مطيافية الكهروضوئية . ^{[ 1 ]} يُستخدم لدراسة سلوك حاملات الشحنة في الترانزستورات العضوية ذات التأثير الحقلي . يقيس هذا المطياف تغير النقل الضوئي الناتج عن الشحنة ^[^{2 ] [}^{3 ] من} خلال فحص الشحنة المتراكمة مباشرةً عند سطح التلامس بين أشباه الموصلات والطبقة العازلة [ ^{4 ]} حيث تتشكل قناة التوصيل.

مبادئ

على عكس مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية التي تقيس الامتصاص، تقيس مطيافية تعديل الشحنة تغيرات النقل الضوئي الناتجة عن الشحنة. بعبارة أخرى، تكشف هذه المطيافية عن الخصائص الجديدة في النقل الضوئي التي تُحدثها الشحنات. يتكون هذا النظام بشكل أساسي من أربعة مكونات: المصباح، والموحد اللوني ، وكاشف الضوء، ومضخم التزامن . يُستخدم المصباح والموحد اللوني لتوليد الطول الموجي واختياره. يمر الطول الموجي المُختار عبر الترانزستور، ويُسجل الضوء النافذ بواسطة الثنائي الضوئي . عندما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء منخفضة جدًا، يمكن تعديل الإشارة واستعادتها باستخدام مضخم التزامن.

في هذه التجربة، يُطبَّق تيار مستمر بالإضافة إلى تيار متردد على ترانزستور التأثير الحقلي العضوي. تتراكم حاملات الشحنة عند السطح الفاصل بين العازل وشبه الموصل (عادةً بضعة نانومترات ^{[ 5 ]} ). ومع ظهور الشحنة المتراكمة، تتغير شدة الضوء النافذ. ثم يُجمع تغير شدة الضوء ( إشارة التبييض وامتصاص الشحنة ) عبر كاشف ضوئي ومضخم متزامن. ويُعطى تردد تعديل الشحنة للمضخم المتزامن كمرجع.

تعديل الشحنة عند ترانزستور التأثير الحقلي العضوي

هناك أربعة أنواع نموذجية من بنى الترانزستور العضوي ذي التأثير الحقلي: ^{[ 6 ]} بوابة علوية، موصلات سفلية؛ بوابة سفلية، موصلات علوية؛ بوابة سفلية، موصلات سفلية؛ بوابة علوية، موصل علوي.

لإنشاء طبقة الشحنة المتراكمة، يُطبَّق جهد تيار مستمر موجب/سالب على بوابة ترانزستور التأثير الحقلي العضوي (موجب لترانزستور النوع P، وسالب لترانزستور النوع N). ^{[ 7 ]} ولتعديل الشحنة، يُطبَّق جهد تيار متردد بين البوابة والمصدر. من المهم ملاحظة أن الشحنة المتحركة فقط هي التي يمكنها متابعة التعديل، وأن تردد التعديل المُعطى لمضخم التزامن يجب أن يكون متزامنًا.

أطياف تعديل الشحنة

يمكن تعريف إشارة مطيافية تعديل الشحنة على أنها النقل التفاضلي $\bigtriangleup T$ مقسومًا على إجمالي الإرسال $T$ من خلال تعديل ترددات شبكات الهاتف المحمول، يمكن زيادة الإرسال $\bigtriangleup T/T>0$ وتقليل انتقال العدوى $\bigtriangleup T/T<0$ يمكن ملاحظة كلتا الخاصيتين. ^{[ 8 ]} تتعلق الأولى بالتبييض، بينما تتعلق الثانية بامتصاص الشحنة والامتصاص المُستحث كهربائيًا (الامتصاص الكهربائي). يُعد طيف مطيافية تعديل الشحنة تداخلًا بين خصائص الامتصاص المُستحث كهربائيًا والامتصاص الكهربائي. في الترانزستورات، يكون الامتصاص الكهربائي أكثر أهمية أثناء انخفاض الجهد العالي. ^{[ 9 ]} هناك عدة طرق لتحديد مساهمة الامتصاص الكهربائي، مثل الحصول على التوافقي الثاني. $\bigtriangleup T/T$ أو فحصها في منطقة الاستنزاف.

التبييض وامتصاص الشحنة

عندما يزيل حامل الشحنة المتراكم الحالة الأرضية للبوليمر المتعادل، تزداد النفاذية في الحالة الأرضية. وهذا ما يسمى بالتبييض. $\bigtriangleup T>0$ بوجود فائض من الثقوب أو الإلكترونات في البوليمر، ستحدث انتقالات جديدة عند مستويات طاقة منخفضة، وبالتالي تنخفض شدة النقل. $\bigtriangleup T<0$ وهذا مرتبط بامتصاص الشحنة. ^{[ 1 ]}

الامتصاص الكهربائي

يُعدّ الامتصاص الكهربائي نوعًا من تأثير ستارك في البوليمر المتعادل، ^{[ 10 ]} وهو سائد عند حافة القطب الكهربائي نظرًا لوجود انخفاض كبير في الجهد. ويمكن ملاحظة الامتصاص الكهربائي من خلال أطياف مطيافية تعديل الشحنة التوافقية الثانية. ^{[ 9 ]}

مجهر تعديل الشحنة

المجهرية المعدلة للشحنة تقنية حديثة تجمع بين المجهرية البؤرية وطيفية تعديل الشحنة. ^{[ 11 ]} على عكس الطيفية المعدلة للشحنة التي تركز على الترانزستور بأكمله، توفر لنا المجهرية المعدلة للشحنة الأطياف والخرائط الموضعية. بفضل هذه التقنية، يمكن الحصول على أطياف القناة وأطياف الأقطاب الكهربائية بشكل منفصل. يمكن ملاحظة بُعد موضعي أدق لأطياف تعديل الشحنة (حوالي دون الميكرومتر) دون وجود خاصية امتصاص كهربائي ملحوظة. بالطبع، يعتمد هذا على دقة المجهر الضوئي.

تتيح الدقة العالية لمجهر تعديل الشحنة رسم خريطة لتوزيع حاملات الشحنة في القناة النشطة لترانزستور التأثير الحقلي العضوي. ^{[ 9 ]} بعبارة أخرى، يمكن ملاحظة مورفولوجيا حاملات الشحنة الوظيفية. من المعروف أن كثافة حاملات الشحنة المحلية ترتبط بالبنية المجهرية للبوليمر. استنادًا إلى حسابات نظرية الكثافة الوظيفية ، يمكن لمجهر تعديل الشحنة المستقطب رسم خريطة انتقائية لنقل الشحنة المرتبط باتجاه نسبي لعزم ثنائي القطب الانتقالي . ^{[ 12 ]} يمكن ربط الاتجاه المحلي بالترتيب الاتجاهي لمجالات البوليمر. ^{[ 13 ]} تُظهر المجالات الأكثر انتظامًا حركية عالية لحاملات الشحنة في جهاز ترانزستور التأثير الحقلي العضوي.

انظر أيضاً

مراجع

1 2 كايروني، ماريو؛ بيرد مات. فزي، دانييلي؛ تشن، تشيهوا؛ دي بيترو، ريكاردو؛ نيومان، كريستوفر. فاكيتي، أنطونيو؛ سيرينجهاوس ، هينينج (9 سبتمبر 2011). “درجة منخفضة جدًا من اضطراب الطاقة كأصل للتنقل العالي في أشباه الموصلات البوليمرية ذات القناة n”. المواد الوظيفية المتقدمة . 21 (17): 3371–3381 . دوى : 10.1002/adfm.201100592 . S2CID 95644182 .
^ سيرينجهاوس، هـ. براون، بيجاي؛ صديق، ر.ه. نيلسن، مم؛ بيتشجارد، ك. لانجفيلد فوس، بي إم دبليو؛ سبيرنج، أجه؛ يانسن، راج. ماير، إي دبليو؛ هيرويج، P.؛ دي ليو، مارك ألماني (أكتوبر 1999). “نقل الشحنة ثنائي الأبعاد في البوليمرات المترافقة ذاتية التنظيم وعالية الحركة”. طبيعة . 401 (6754): 685–688 . بيب كود : 1999Natur.401..685S . دوى : 10.1038/44359 . S2CID 4387286 .
↑ براون، بيتر جيه؛ سيرينغهاوس، هينينغ؛ هاريسون، مارك؛ شكونوف، ماكسيم؛ فريند، ريتشارد إتش. (12 مارس 2001). "التحليل الطيفي البصري للشحنة المستحثة بالمجال في بولي(3-هكسيل ثيوفين) عالي الحركة ذاتي التنظيم". مجلة Physical Review B. 63 ( 12) 125204. Bibcode : 2001PhRvB..63l5204B . doi : 10.1103/physrevb.63.125204 .
↑ إلكترونيات مرنة ذات مساحة كبيرة . وايلي-في سي إتش. 4 مايو 2015. رقم ISBN 978-3-527-33639-5.
↑ باسيلر، هـ. (1 يناير 1993). "نقل الشحنة في الموصلات الضوئية العضوية غير المنتظمة: دراسة محاكاة مونت كارلو". فيزيكا ستاتوس سوليدي ب . 175 (1): 15-56 . رمز Bibcode : 1993PSSBR.175...15B . doi : 10.1002/pssb.2221750102 .
↑ ماردر، سيث ر.؛ بريداس، جان لوك (29-01-2016). مرجع WSPC للإلكترونيات العضوية: أشباه الموصلات العضوية (في مجلدين) . ISBN 978-981-4699-22-8.
↑ دمج الترانزستورات العضوية ذات الأغشية الرقيقة: نهج هجين . وايلي-في سي إتش. 21-03-2011. رقم ISBN 978-3-527-63445-3.
↑ تشاو، ن.؛ نوه، ي.-ي.؛ تشانغ، ج.-ف.؛ هيني، م.؛ ماكولوتش، إ.؛ سيرينغهاوس، هـ. (5 أكتوبر 2009). "توطين البولارون عند الأسطح البينية في البوليمرات المترافقة الميكروكريستالية عالية الحركة". المواد المتقدمة . 21 (37): 3759-3763 . Bibcode : 2009AdM....21.3759Z . doi : 10.1002/adma.200900326 . S2CID 95098433 .
1 2 3 تشين، شين يو؛ بيس، جوزيبينا؛ سوسي، سيزار؛ كايروني، ماريو (2017). "توزيع الشحنة ثنائي القطب في ترانزستورات تأثير المجال البوليمرية المانحة-المستقبلة" . مجلة كيمياء المواد ج . 5 (3): 754-762 . doi : 10.1039/c6tc05033f .
↑ شيملة، د.س.؛ دامين، ت.س.؛ ميلر، د.أ.ب.؛ جوسارد، أ.س.؛ ويغمان، و. (15 مايو 1983). "الامتصاص الكهربائي الناتج عن تأثير ستارك على الإكسيتونات عند درجة حرارة الغرفة في هياكل الآبار الكمومية المتعددة GaAs/GaAlAs". رسائل الفيزياء التطبيقية . 42 (10): 864-866 . Bibcode : 1983ApPhL..42..864C . doi : 10.1063/1.93794 .
↑ شياشيا، كالوجيرو؛ مارتينو، نيكولا؛ شوتفورت، توربن؛ واتس، بنجامين؛ غرانشيني، جوليا؛ أنتوجنازا، ماريا روزا؛ زافيلاني-روسي، مارغريتا؛ ماكنيل، كريستوفر ر.؛ كايروني، ماريو (16 نوفمبر 2011). "مجهر تعديل الشحنة دون الميكرومتر لترانزستور تأثير المجال البوليمري عالي الحركة من النوع n". المواد المتقدمة . 23 (43): 5086-5090 . Bibcode : 2011AdM....23.5086S . doi : 10.1002/adma.201102410 . PMID 21989683. S2CID 205241797 .
↑ فازي، دانييلي؛ كايروني، ماريو (2015). "علاقات متعددة المقاييس الطولية بين البنية الجزيئية للبوليمر ونقل الشحنة: حالة بولي-نفثالين ثنائي إيميد بيثيوفين". الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الفيزيائية . 17 (14): 8573-8590 . Bibcode : 2015PCCP...17.8573F . doi : 10.1039/c5cp00523j . PMID 25740386 .
^ مارتينو، نيكولا. فزي، دانييلي؛ شاشيا، كالوجيرو؛ لوزيو، أليساندرو؛ أنطوجناتزا، ماريا روزا؛ كايروني ، ماريو (13 مايو 2014). “رسم خرائط للترتيب التوجيهي للمجالات التي يتم فحصها بالشحن في بوليمر شبه موصل”. ايه سي اس نانو . 8 (6): 5968-5978 . دوى : 10.1021 / nn5011182 . اتش دي ال : 11858/00-001M-0000-0024-A80B-8 . بميد 24815931 .

للمزيد من القراءة

زيفر، مارك إي.؛ محمد ، جوزيف سي.؛ جينجر، ديفيد إس. (20 مايو 2016). "قياسات مطيافية الامتصاص الكهربائي لطاقة ربط الإكسيتون، والكتلة الفعالة المختزلة للإلكترون-الفجوة، وفجوة النطاق في البيروفسكايت CH3NH3PbI3 " _. مجلة ACS Photonics. 3 ( 6 ₎_: 1060-1068 . doi : 10.1021 /acsphotonics.6b00139 .
أوشيدا، ر.؛ يادا، هـ.؛ ماكينو، م.؛ ماتسوي، ي.؛ ميوا، ك.؛ أومورا، ت.؛ تاكيا، ج.؛ أوكاموتو، هـ. (4 مارس 2013). "مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتعديل الشحنة في ترانزستورات تأثير المجال أحادية البلورة من الروبين". رسائل الفيزياء التطبيقية . 102 (9): 093301. Bibcode : 2013ApPhL.102i3301U . doi : 10.1063/1.4794055 .
ليو، تشوان؛ هوانغ، كايرونغ؛ بارك، وون-تاي؛ لي، مينمين؛ يانغ، تينغتشو؛ ليو، شويينغ؛ ليانغ، ليجوان؛ ميناري، تاكيو؛ نوه، يونغ-يونغ (2017). "فهم موحد لنقل الشحنة في أشباه الموصلات العضوية: أهمية التمركز المخفف للناقلات" . آفاق المواد . 4 (4): 608-618 . doi : 10.1039/C7MH00091J .

[lowdegree2-1] 1 2 كايروني، ماريو؛ بيرد مات. فزي، دانييلي؛ تشن، تشيهوا؛ دي بيترو، ريكاردو؛ نيومان، كريستوفر. فاكيتي، أنطونيو؛ سيرينجهاوس ، هينينج (9 سبتمبر 2011). “درجة منخفضة جدًا من اضطراب الطاقة كأصل للتنقل العالي في أشباه الموصلات البوليمرية ذات القناة n”. المواد الوظيفية المتقدمة . 21 (17): 3371–3381 . دوى : 10.1002/adfm.201100592 . S2CID 95644182 .

[H.Sirringhaus2-2] سيرينجهاوس، هـ. براون، بيجاي؛ صديق، ر.ه. نيلسن، مم؛ بيتشجارد، ك. لانجفيلد فوس، بي إم دبليو؛ سبيرنج، أجه؛ يانسن، راج. ماير، إي دبليو؛ هيرويج، P.؛ دي ليو، مارك ألماني (أكتوبر 1999). “نقل الشحنة ثنائي الأبعاد في البوليمرات المترافقة ذاتية التنظيم وعالية الحركة”. طبيعة . 401 (6754): 685–688 . بيب كود : 1999Natur.401..685S . دوى : 10.1038/44359 . S2CID 4387286 .

[3] براون، بيتر جيه؛ سيرينغهاوس، هينينغ؛ هاريسون، مارك؛ شكونوف، ماكسيم؛ فريند، ريتشارد إتش. (12 مارس 2001). "التحليل الطيفي البصري للشحنة المستحثة بالمجال في بولي(3-هكسيل ثيوفين) عالي الحركة ذاتي التنظيم". مجلة Physical Review B. 63 ( 12) 125204. Bibcode : 2001PhRvB..63l5204B . doi : 10.1103/physrevb.63.125204 .

[4] إلكترونيات مرنة ذات مساحة كبيرة . وايلي-في سي إتش. 4 مايو 2015. رقم ISBN 978-3-527-33639-5.

[5] باسيلر، هـ. (1 يناير 1993). "نقل الشحنة في الموصلات الضوئية العضوية غير المنتظمة: دراسة محاكاة مونت كارلو". فيزيكا ستاتوس سوليدي ب . 175 (1): 15-56 . رمز Bibcode : 1993PSSBR.175...15B . doi : 10.1002/pssb.2221750102 .

[6] ماردر، سيث ر.؛ بريداس، جان لوك (29-01-2016). مرجع WSPC للإلكترونيات العضوية: أشباه الموصلات العضوية (في مجلدين) . ISBN 978-981-4699-22-8.

[7] دمج الترانزستورات العضوية ذات الأغشية الرقيقة: نهج هجين . وايلي-في سي إتش. 21-03-2011. رقم ISBN 978-3-527-63445-3.

[8] تشاو، ن.؛ نوه، ي.-ي.؛ تشانغ، ج.-ف.؛ هيني، م.؛ ماكولوتش، إ.؛ سيرينغهاوس، هـ. (5 أكتوبر 2009). "توطين البولارون عند الأسطح البينية في البوليمرات المترافقة الميكروكريستالية عالية الحركة". المواد المتقدمة . 21 (37): 3759-3763 . Bibcode : 2009AdM....21.3759Z . doi : 10.1002/adma.200900326 . S2CID 95098433 .

[Amb2-9] 1 2 3 تشين، شين يو؛ بيس، جوزيبينا؛ سوسي، سيزار؛ كايروني، ماريو (2017). "توزيع الشحنة ثنائي القطب في ترانزستورات تأثير المجال البوليمرية المانحة-المستقبلة" . مجلة كيمياء المواد ج . 5 (3): 754-762 . doi : 10.1039/c6tc05033f .

[10] شيملة، د.س.؛ دامين، ت.س.؛ ميلر، د.أ.ب.؛ جوسارد، أ.س.؛ ويغمان، و. (15 مايو 1983). "الامتصاص الكهربائي الناتج عن تأثير ستارك على الإكسيتونات عند درجة حرارة الغرفة في هياكل الآبار الكمومية المتعددة GaAs/GaAlAs". رسائل الفيزياء التطبيقية . 42 (10): 864-866 . Bibcode : 1983ApPhL..42..864C . doi : 10.1063/1.93794 .

[11] شياشيا، كالوجيرو؛ مارتينو، نيكولا؛ شوتفورت، توربن؛ واتس، بنجامين؛ غرانشيني، جوليا؛ أنتوجنازا، ماريا روزا؛ زافيلاني-روسي، مارغريتا؛ ماكنيل، كريستوفر ر.؛ كايروني، ماريو (16 نوفمبر 2011). "مجهر تعديل الشحنة دون الميكرومتر لترانزستور تأثير المجال البوليمري عالي الحركة من النوع n". المواد المتقدمة . 23 (43): 5086-5090 . Bibcode : 2011AdM....23.5086S . doi : 10.1002/adma.201102410 . PMID 21989683. S2CID 205241797 .

[12] فازي، دانييلي؛ كايروني، ماريو (2015). "علاقات متعددة المقاييس الطولية بين البنية الجزيئية للبوليمر ونقل الشحنة: حالة بولي-نفثالين ثنائي إيميد بيثيوفين". الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الفيزيائية . 17 (14): 8573-8590 . Bibcode : 2015PCCP...17.8573F . doi : 10.1039/c5cp00523j . PMID 25740386 .

[13] مارتينو، نيكولا. فزي، دانييلي؛ شاشيا، كالوجيرو؛ لوزيو، أليساندرو؛ أنطوجناتزا، ماريا روزا؛ كايروني ، ماريو (13 مايو 2014). “رسم خرائط للترتيب التوجيهي للمجالات التي يتم فحصها بالشحن في بوليمر شبه موصل”. ايه سي اس نانو . 8 (6): 5968-5978 . دوى : 10.1021 / nn5011182 . اتش دي ال : 11858/00-001M-0000-0024-A80B-8 . بميد 24815931 .

[ 1 ]

[

2 ] [

3 ] من

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	20 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗