Considering the pivotal role of interfaces in controlling the performance of organic electronic devices, implications of metal/organic interfacial quality in a Schottky barrier diode (SBD) are investigated. The nature of metal/organic interfaces and the thin film quality of regioregular poly (3-hexylthiophene) based SBDs fabricated in different device architectures are investigated using experimental and theoretical modeling. The importance of oxidized aluminum nanostructures as an interlayer at the Schottky interface for the dramatic enhancement of the rectification ratio (>106 at ±5 V) has been demonstrated, which is attributed to suppressed leakage current due to the oxide layer and the formation of a charge double layer. Furthermore, electrical performances of all the SBDs were modeled in terms of an underlying particular phenomenon solely or with the combination of multiple physical phenomena. The combined modeling equation used in this work fits well for the different device architectures, which validates its generality in order to extract the device parameters.

1.
H.
Klauk
,
Chem. Soc. Rev.
39
,
2643
(
2010
).
2.
K.
Tremel
and
S.
Ludwigs
,
Adv. Polym. Sci.
265
,
39
(
2014
).
3.
C.
Adachi
,
Jpn. J. Appl. Phys.
53
,
060101
(
2014
).
4.
T.
Berzina
,
K.
Gorshkov
,
A.
Pucci
,
G.
Ruggeri
, and
V.
Erokhin
,
RSC Adv.
1
,
1537
(
2011
).
5.
S.
Lizin
,
S.
Van Passel
,
E.
De Schepper
,
W.
Maes
,
L.
Lutsen
,
J.
Manca
, and
D.
Vanderzande
,
Energy Environ. Sci.
6
,
3136
(
2013
).
6.
S.
Holliday
,
Y.
Li
, and
C. K.
Luscombe
,
Prog. Polym. Sci.
70
,
34
(
2017
).
7.
C.
Hyun Kim
,
O.
Yaghmazadeh
,
Y.
Bonnassieux
, and
G.
Horowitz
,
J. Appl. Phys.
110
,
093722
(
2011
).
8.
S. D.
Wang
,
T.
Minari
,
T.
Miyadera
,
K.
Tsukagoshi
, and
J. X.
Tang
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
083309
(
2009
).
9.
S. D.
Wang
,
T.
Miyadera
,
T.
Minari
,
Y.
Aoyagi
, and
K.
Tsukagoshi
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
043311
(
2008
).
10.
W.
Zhang
,
J.
Smith
,
S. E.
Watkins
,
R.
Gysel
,
M.
McGehee
,
A.
Salleo
,
J.
Kirkpatrick
,
S.
Ashraf
,
T.
Anthopoulos
,
M.
Heeney
, and
I.
McCulloch
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
11437
(
2010
).
11.
M. T.
Greiner
,
M. G.
Helander
,
W. M.
Tang
,
Z.
Bin Wang
,
J.
Qiu
, and
Z. H.
Lu
,
Nat. Mater.
11
,
76
(
2012
).
12.
S. D.
Wang
,
T.
Minari
,
T.
Miyadera
,
K.
Tsukagoshi
, and
Y.
Aoyagi
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
203508
(
2007
).
13.
P. V.
Pesavento
,
K. P.
Puntambekar
,
C. D.
Frisbie
,
J. C.
McKeen
, and
P. P.
Ruden
,
J. Appl. Phys.
99
,
094504
(
2006
).
14.
C.
Di
,
G.
Yu
,
Y.
Liu
,
Y.
Guo
,
Y.
Wang
,
W.
Wu
, and
D.
Zhu
,
Adv. Mater.
20
,
1286
(
2008
).
15.
K. E.
Lilja
,
H. S.
Majumdar
,
K.
Lahtonen
,
P.
Heljo
,
S.
Tuukkanen
,
T.
Joutsenoja
,
M.
Valden
,
R.
Sterbacka
, and
D.
Lupo
,
J. Phys. D. Appl. Phys.
44
,
295301
(
2011
).
16.
M.
Pandey
,
A.
Gowda
,
S.
Nagamatsu
,
S.
Kumar
,
W.
Takashima
,
S.
Hayase
, and
S. S.
Pandey
,
Adv. Mater. Interfaces
5
,
1700875
(
2018
).
17.
M.
Pandey
,
S.
Nagamatsu
,
S. S.
Pandey
,
S.
Hayase
, and
W.
Takashima
,
Org. Electron.
38
,
115
(
2016
).
18.
M.
Pandey
,
S.
Nagamatsu
,
W.
Takashima
,
S. S.
Pandey
, and
S.
Hayase
,
J. Phys. Chem. C
121
,
11184
(
2017
).
19.
R. R.
Lunt
,
J. B.
Benziger
, and
S. R.
Forrest
,
Adv. Mater.
22
,
1233
(
2010
).
20.
M. A.
Lampert
and
P.
Mark
,
Current Injection in Solids
(
Academic Press
,
1970
).
21.
S. M.
Sze
and
K. K.
Ng
, in
Physics of Semiconductor Devices
, 3rd ed. (
John Wiley & Sons
,
2007
).
22.
D.
Braga
,
N.
Battaglini
,
A.
Yassar
,
G.
Horowitz
,
M.
Campione
,
A.
Sassella
, and
A.
Borghesi
,
Phys. Rev. B
77
,
115205
(
2008
).
23.
J.
Sworakowski
and
K.
Pigoń
,
J. Phys. Chem. Solids
30
,
491
(
1969
).
24.
M.
Soylu
,
I. S.
Yahia
,
F.
Yakuphanoglu
, and
W. A.
Farooq
,
J. Appl. Phys.
110
,
074514
(
2011
).
25.
M.
Kuik
,
G.-J. A. H.
Wetzelaer
,
H. T.
Nicolai
,
N. I.
Craciun
,
D. M.
De Leeuw
, and
P. W. M.
Blom
,
Adv. Mater.
26
,
512
(
2014
).
26.
A.
Haldi
,
A.
Sharma
,
W. J.
Potscavage
, and
B.
Kippelen
,
J. Appl. Phys.
104
,
064503
(
2008
).
27.
L. J. A.
Koster
,
E. C. P.
Smits
,
V. D.
Mihailetchi
, and
P. W. M.
Blom
,
Phys. Rev. B
72
,
085205
(
2005
).
28.
P.
De Bruyn
,
A. H. P.
Van Rest
,
G. A. H.
Wetzelaer
,
D. M.
De Leeuw
, and
P. W. M.
Blom
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
186801
(
2013
).
29.
P. W. M.
Blom
,
C.
Tanase
,
D. M.
de Leeuw
, and
R.
Coehoorn
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
092105
(
2005
).
30.
H. T.
Nicolai
,
G. A. H.
Wetzelaer
,
M.
Kuik
,
A. J.
Kronemeijer
,
B.
de Boer
, and
P. W. M.
Blom
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
172107
(
2010
).
31.
B. G.
Streetman
and
S.
Banerjee
, in
Solid State Electronic Devices
, 7th ed. (
Pearson
,
2015
).
32.
H.
Aziz
,
Z.
Popovic
,
C. P.
Tripp
,
N.-X.
Hu
,
A.-M.
Hor
, and
G.
Xu
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2642
(
1998
).
33.
K.
Kaneto
and
W.
Takashima
,
Curr. Appl. Phys.
1
,
355
(
2001
).
34.
Y. I.
Semov
,
Phys. Status Solidi
32
,
K41
(
1969
).
35.
M. T.
Greiner
,
L.
Chai
,
M. G.
Helander
,
W. M.
Tang
, and
Z. H.
Lu
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
4557
(
2012
).
36.
V. K.
Agarwala
and
T.
Fort
,
Surf. Sci.
45
,
470
(
1974
).
37.
O.
Güllü
,
S.
Aydoǧan
, and
A.
Türüt
,
Solid State Commun.
152
,
381
(
2012
).
38.
B.
Gunduz
,
I. S.
Yahia
, and
F.
Yakuphanoglu
,
Microelectron. Eng.
98
,
41
57
(
2012
).
39.
Y.
Shi
,
S.-C.
Luo
,
W.
Fang
,
K.
Zhang
,
E. M.
Ali
,
F. Y. C.
Boey
,
J. Y.
Ying
,
J.
Wang
,
H.
Yu
, and
L.-J.
Li
,
Org. Electron.
9
,
859
(
2008
).
40.
S.-W.
Oh
,
H.
Woo Rhee
,
C.
Lee
,
Y.
Chul Kim
,
J.
Kyeong Kim
, and
J.-W.
Yu
,
Curr. Appl. Phys.
5
,
55
(
2005
).
41.
A.
Moliton
and
J.-M.
Nunzi
,
Polym. Int.
55
,
583
(
2006
).
42.
C. J.
Brabec
,
N. S.
Sariciftci
, and
J. C.
Hummelen
,
Adv. Funct. Mater.
11
,
15
(
2001
).
43.
T. M.
Kraft
,
P. R.
Berger
, and
D.
Lupo
,
Flex. Print. Electron.
2
,
033001
(
2017
).
44.
C. H.
Kim
,
O.
Yaghmazadeh
,
D.
Tondelier
,
Y.
Bin Jeong
,
Y.
Bonnassieux
, and
G.
Horowitz
,
J. Appl. Phys.
109
,
083710
(
2011
).
45.
G.
Gustafsson
,
O.
Inganäs
,
M.
Sundberg
, and
C.
Svensson
,
Synth. Met.
41
,
499
(
1991
).
46.
T.
Jiang
,
W.
Malone
,
Y.
Tong
,
D.
Dragoe
,
A.
Bendounan
,
A.
Kara
, and
V. A.
Esaulov
,
J. Phys. Chem. C
121
,
27923
(
2017
).
47.
V.
Singh
,
A. K.
Thakur
,
S. S.
Pandey
,
W.
Takashima
, and
K.
Kaneto
,
Org. Electron.
9
,
790
(
2008
).
48.
H.
Wang
,
Z.
Ji
,
L.
Shang
,
X.
Liu
,
Y.
Peng
, and
M.
Liu
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
506
(
2010
).
49.
C.
Kang
,
S.
Kim
,
Y.
Hong
, and
C.
Lee
,
Thin Solid Films
518
,
889
(
2009
).
50.
K. E.
Lilja
,
H. S.
Majumdar
,
F. S.
Pettersson
,
R.
Österbacka
, and
T.
Joutsenoja
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
3
,
7
(
2011
).
51.
S. G.
Higgins
,
T.
Agostinelli
,
S.
Markham
,
R.
Whiteman
, and
H.
Sirringhaus
,
Adv. Mater.
29
,
1703782
(
2017
).
52.
J.
Zhang
,
H.
Wang
,
J.
Wilson
,
X.
Ma
,
J.
Jin
, and
A.
Song
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
389
(
2016
).
53.
A.
Chasin
,
M.
Nag
,
A.
Bhoolokam
,
K.
Myny
,
S.
Steudel
,
S.
Schols
,
J.
Genoe
,
G.
Gielen
, and
P.
Heremans
,
IEEE Trans. Electron Devices
60
,
3407
(
2013
).
54.
S.
Gupta
,
S.
Hannah
,
C. P.
Watson
,
P.
Šutta
,
R. H.
Pedersen
,
N.
Gadegaard
, and
H.
Gleskova
,
Org. Electron.
21
,
132
(
2015
).
55.
A.
Wan
,
J.
Hwang
,
F.
Amy
, and
A.
Kahn
,
Org. Electron.
6
,
47
(
2005
).
56.
M.
Pandey
,
S. S.
Pandey
,
S.
Nagamatsu
,
S.
Hayase
, and
W.
Takashima
,
Org. Electron.
43
,
240
(
2017
).
57.
H.
Yang
,
S. W.
Lefevre
,
C. Y.
Ryu
, and
Z.
Bao
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
172116
(
2007
).
58.
J. F.
Chang
,
B.
Sun
,
D. W.
Breiby
,
M. M.
Nielsen
,
T. I.
Sölling
,
M.
Giles
,
I.
McCulloch
, and
H.
Sirringhaus
,
Chem. Mater.
16
,
4772
(
2004
).
59.
R. D.
Deegan
,
O.
Bakajin
,
T. F.
Dupont
,
G.
Huber
,
S. R.
Nagel
, and
T. A.
Witten
,
Phys. Rev. E
62
,
756
(
2000
).
60.
J.
Perelaer
,
P. J.
Smith
,
E.
Van Den Bosch
,
S. S. C.
Van Grootel
,
P. H. J. M.
Ketelaars
, and
U. S.
Schubert
,
Macromol. Chem. Phys.
210
,
495
(
2009
).
61.
A. K.
Singh
,
A. D. D.
Dwivedi
,
P.
Chakrabarti
, and
R.
Prakash
,
J. Appl. Phys.
105
,
114506
(
2009
).
62.
A. K.
Mukherjee
and
N.
Kumari
,
Phys. Lett. A
382
,
1413
(
2018
).
63.
O.
Armbruster
,
C.
Lungenschmied
, and
S.
Bauer
,
Phys. Rev. B
84
,
085208
(
2011
).
64.
S. A.
Choulis
,
Y.
Kim
,
J.
Nelson
,
D. D. C.
Bradley
,
M.
Giles
,
M.
Shkunov
, and
I.
McCulloch
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3890
(
2004
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.