vai al contenuto della pagina vai al menu di navigazione
 

Direct imaging of defect formation in strained organic flexible electronics by Scanning Kelvin Probe Microscopy

The development of flexible electronics depends crucially on the understanding of how strain affects electronic material properties at the nano-scale. A group of DIFA researchers develops a Scanning Probe Microscopy technique to investigate the formation electronic defects during strain.
Scanning probe microscopy images showing the formation of an electronic barrier due to a strain induced nano-crack

DOI: doi:10.1038/srep38203
Links: http://www.nature.com/articles/srep38203
DIFA Authors / DIFA Institutions: Tobias Cramer, Beatrice Fraboni

The development of new materials and devices for flexible electronics depends crucially on the understanding of how strain affects electronic material properties at the nano-scale. In this paper a group of DIFA researchers (T.Cramer, B.Fraboni) shows that Scanning Kelvin Probe Microscopy (SKPM) is feasible on deformed flexible samples and allows to investigate strain induced electronic defects. SKPM is a unique technique for nanoelectronic investigations as it combines non-invasive measurement of surface topography and surface electrical potential. The technique is employed to investigate the strain response of flexible organic thin film transistors patterned on polymer foils. Controlled surface strain is induced in the semiconducting layer by bending the transistor substrate. The amount of local strain is quantified by a mathematical model describing the bending mechanics. The researchers find that the step-wise reduction of device performance at critical strain is caused by the formation of nano-cracks in the microcrystal morphology of the semiconducting thin film. The cracks are easily identified due to the abrupt variation in SKPM surface potential caused by a local increase in resistance. Importantly, the strong surface adhesion of microcrystals to the elastic dielectric allows to maintain a conductive path also after fracture thus providing the opportunity to attenuate strain effects.

Visualizzazione diretta della formazione di difetti in elettronica flessibile organica sottoposta a stress meccanico con Scanning Kelvin Probe Microscopy

Lo sviluppo di elettronica flessibile dipende in maniera cruciale dalla compresione di come stress mecchanico aggisce sulle proprietà elettronice dei materiali sulla nanoscala. Ricercatori del DIFA sviluppano una technica di scansione a sonda per investigare la formazione di difetti elettronici durante lo stress meccanico.

Lo sviluppo di nuovi materiali e dispositive per la realizzazione di elettronica flessibile dipende in maniera cruciale dalla compresione di come lo stress mecchanico aggisce sulle proprietà elettronice dei materiali sulla nanoscala. In questo contributo, T.Cramer, B,Fraboni,  ricercatori del DIFA dimostrano che la microscopia a sonda chiamata “Scanning Kelvin Probe Microscopy (SKPM)” è fattibile su substrati deformati e permette di identificare difetti elettronici creati dallo stress mecchanico.
SKPM è una tecnica singolare per investigazioni nanoelettrici perche combina delle misure non-invasive ad alta risoluzione della topografia e del potentiale elettrico della superficie. In questo contributo la tecnica viene usato per charatterizzare la risposta a stress meccanico di un transistor a film sottile fabbricato su una foglia di un supporto polimerico. Un stress controllato viene applicato al strato del semiconduttore mediante il piegamento del substrato polimerico. La quantita di stress locale si quantifica con un modello matematico che descrive la deformazione del intero dispositivo. Mediante questa tecnica i ricercatori scoprono che la riduzione discontinua della prestazione del transistor a valori critici di strain è causata dalla formazione di crepe nanometriche nella morphologia del film sottile microcristallino del semiconduttore. Si identificano le crepe facilmente per la forte variazione del potenziale in superficie causata dalla resistenza elettrica elevata. La forte adesione dei microcristalli al materiale elastico che forma il dielettrico sottostante, permette di mantenere uno sentiero conduttivo anche dopo la frattura del cristallo, quindi realizzando un opportunitá di attenuare gli effeti di stress meccanico in elettronica flessibile.