Temperature Dependence of the Field-Effect Mobility of Sexithiophene. Determination of the Density of Traps

(Received 28 September 1994, accepted 3 January 1995)

Abstract
Conductivity and field-effect mobility measurements as a function of temperature have been carried out on unsubstituted sexithiophene (6T) and end-substituted dihexyl- sexithiophene (DH6T). At temperatures higher than 150 K, the conductivity is thermally activated, whereas the field-effect mobility presents a gate-bias dependent activation energy. Importantly, the field-effect mobility tends to saturate at both high gate voltages and high temperatures. The data were analyzed within the frame of a multiple thermal trapping and release model. The distribution of localized states near the transport level has been determined for both compounds, and was fitted to a double exponential distribution, which can be compared to that of hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H). The localized trap states in 6T and DH6T originate from grain boundaries. The lower mobility of the unsubstituted compound can be attributed to the corresponding higher density of traps. At temperatures lower than 150 K, thermally activated hopping becomes the dominant transport mechanism, but multiple trapping can also be present in the accumulation layer of a field-effect transistor at high gate voltages.

Résumé
La conductivité et la mobilité d'effet du champ du sexithiophène non substitué (6T) et du dia-alkyl-sexithiophène substitué en bout de chaîne (DH6T) ont été mesurées en foction de la température. Pour des températures supérieures à 150 K, on trouve un conductivité thermiquement activée, alors que la mobilité montre une énergie d'activation dépendante de la tension de grille. A forte tension de grille et à haute température, on observe une saturation de la mobilité d'effet de champ. Les données ont été analysées dans le cadre d'un modèle de piégeages et dépiéages multiples. On ainsi déterminé la distribution des niveaux localisés près de la bande de transport pour les deux produits. Cette distribution a été ajustée à une double exponentielle, par analogie avec celle du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Les pièges profonds dans 6T et DH6T sont associés aux joints de grain. La mobilité plus faible de 6T est attribuée à sa grande concentration de défauts. Pour les températures inférieures à 150 K, le transport par sauts thermiquement activés entre états localisés devient le mécanisme dominant. Cependant, le transport par piégeages et dépiégeages multiples peut de nouveau se manifester dans la couche d'accumulation d'un transistor à effet de champ fortement polarisé.