Lutesyum ftalosiyaninlerin yapısal ve elektriksel karakterizasyonu

Abstract

LUTESYUM FTALOSİYANİNLERİN YAPISAL VE ELEKTRİKSEL KARAKTERİZASYONU Ftalosiyaninler ve Metalli Ftalosiyaninler yüksek ısıl ve kimyasal kararlılıkları ve yarıiletken davranışları nedeniyle, üzerinde yapılan araştırmalarda yıllardır büyük ilgi çekmişlerdir. Bu araştırmalar organik alan etkili transistörlerden, fotovoltaik aygıtlara, optik veri depolamadan güneş hücrelerine ve foto dinamik kanser terapisinde foto algılayıcı malzeme olarak kullanımından gaz sensörlerine kadar oldukça geniş bir alanı kapsar. Metal substitute ftalosiyaninler arasında lutesyum fitalosiyanin, katı fazda dar- band

yarıiletken özellik ve yüksek öz iletkenlik gösterir. Farklı türden ftalosiyanin ince filmlerinin d.c. elektriksel özellikleri kapsamlı olarak araştırılmış ve genelde düşük voltajda ohmik iletkenlik gösterirken yüksek voltajlarda tuzak kontrollü uzay yük-limitli iletkenlik göstermiştir. Bazı ftalosiyaninlerde a.c. iletkenliğin genel olarak açısal frekansa bağlı üssel bir değişken ile tanımlı olacağını öngörmüştür. Açısal frekansın üssel değişkeni olarak tanımlanan s, frekansla artarken sıcaklık azalan, 1 e eşit ve 1den küçük değerler alabilen bir değişkendir. İletkenliğin bu davranışı çoğu kristal olmayan malzemelerde görülür. Çalışmada, üç farklı moleküler yapıya sahip lutesyum ftalosiyaninler kullanılmıştır. Bu malzemelerin elektriksel ve yapısal özellikleri arasındaki ilişkinin film hazırlama yöntemine bağlı olduğu belirlenmiştir. Lutesyum ftalosiyanin ince filmlerinin elektriksel özelliklerinin belirlenmesinde cam altlık malzemesi üzerine imal edilen interdijital transduser'lar (IDT) kullanılmıştır. Lutesyum ftalosiyaninlerin ince filmleri damlatma ve püskürtme yöntemi olarak isimlendirilen iki farklı yöntemle hazırlanmıştır. Filmlerin d.c.iletkenlik özellikleri 50K-310K sıcaklık aralığında 10-3 mbar vakum altında ve ±1V aralığında 500mV luk artışlarla ölçülmüştür. Aynı koşullarda filmlerin a.c. iletkenliği 40Hz -100kHz aralığında ölçülmüştür. Bunun yanı sıra elektriksel ölçümlere ek olarak optik ve atomik kuvvet mikroskopu görüntüleri uygun ortam koşullarında alınmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçların ışığında, filmlerin d.c. ve a.c. iletkenliklerinin film hazırlama yöntemine bağlı olduğu gözlenmiştir. Bütün filmlerin I-V karakteristiklerinde düşük sıcaklıklarda histerezis etki gözlenmiştir. Unsubstitute LuPc2'nin her iki yöntemle hazırlanan filminde ve Octasubstitute LuPc2' nin püskürtme yöntemiyle hazırlanan filmlerinde d.c. iletim mekanizmasının Mott'un iki boyutlu değişken erimli hoplama modeline uyduğu görülmüştür. Diğer taraftan Octasubstitute LuPc2' nin damlatma yöntemiyle hazırlanan filmi ve Tetrasubstitute LuPc2' nin her iki yöntemle hazırlanan filmlerinde d.c. iletim mekanizması band modeline uymuştur. Unsubstitute ve Octasubstitute LuPc2 filmleri için Cole-Cole plot grafiklerinden 290K'nın üzerinde yarım daire gözlenirken bu sıcaklığın altında yarım daire gözlenmemiştir. Son olarak sıcaklığa bağlı a.c iletkenlik ölçümlerinden bütün filmlerin a.c.iletim mekanizmasının Genişletilmiş Çift Yaklaşım (GÇY) modeliyle açıklanabileceği düşünülmüştür. Temmuz,2004 Murat ERDEM ABSTRACT STRUCTURAL AND ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF LUTETIUM PHTHALOCYANINES Phthalocyanines and Metallo Phthalocyanines have attracted a great deal of research interest for many years due to their high thermal and chemical stability and semiconducting behaviour. These research's cover quite wide fields such as organic field effect transistors,photovoltaic devices,optical data storage,solar cells ,photosensitive material in photo dynamic canser therapy and gas sensors. Among the various metal substituted phthalocyanines, lutetium phthalocyanines demonstrate narrow-band intrinsic semiconducting properties in the solid state and high intrinsic conductivity The d.c. electrical conducting properties of various phthalocyanin thin films have been extensively investigated ,and normally show ohmic conduction at low voltage and space-charge -limited conduction controlled by traps at higher voltages. The a.c. conductivity in several phtahalocyanines generally shows a power -law dependence on angular frequency ws with s £ 1 It has been shown that index s is variable, increasing with increasing frequency and decreasing with increasing temperature .This behaviour is also well known in many non-cyristalline materials. In this study,lutetium phthalocyanines with three different molecular structure (unsubstitue, octasubstitue, tetrasubstiue LuPc2)have been used. The relation between electrical and structural properties of these materials have determined depend on the film prepared methods. To determine of the electrical properties of the LuPc2 thin films, Inter digital transducers (IDT) have been used. The thin films of the LuPc2 have been prepared by two different methods which is called smearing and airbrush The d.c. conducting properites of films have been measured between -1 and +1 voltage range with 500mV increments under the vacuum(10-3 mbar ) in temperature range 50K-310K. The a.c. conductivity measurements were carried out in the frequency range 40Hz-100kHz. and in the same conditions. In addition to electrical measurements optical and atomic force microscope (AFM) images have taken at the ambient conditions. In the light of the obtained results ,we found that , I-V charecteristics of all thin films have demonstrated hysteresis effect at low temperature. Both smearing and airbrush films of unsubstitue and airbrush film of octasubstitue LuPc2 have obeyed Mott's two dimensional variable range hopping model. On the other hand smearing film of octasubstitue and both of the tetrasubstitue LuPc2 films are fallowed the band model. It was observed that both d.c. and a.c. conductivities of the films depend on film preperation method. While a full semicircle were obtained for unsubstitue and octasubstitue LuPc2 films from Cole-Cole plot above 290K, below the 290K full semicircle does not observed. It was observed from temperature dependent a.c. conductivity measurement that the behaviour of the all films may be explained by the Extended Pair Approximation (EPA) model. July,2004 Murat ERDEM