Advertisement

Applied Physics A

, Volume 95, Issue 1, pp 15–20 | Cite as

Large-area bi-component processing of organic semiconductors by spray deposition and spin coating with orthogonal solvents

  • Emanuele Treossi
  • Andrea Liscio
  • Xinliang Feng
  • Vincenzo Palermo
  • Klaus Müllen
  • Paolo Samorì
Open Access
Article

Abstract

Micrometre-thick uniform layers of a polymeric semiconductor (poly(3-hexylthiophene), P3HT) have been fabricated from solution by spray deposition making use of a commercial airbrush. Multi-scale characterization by optical microscopy and atomic force microscopy revealed the formation of smooth layers featuring reproducible patterns of spatially correlated micron-sized holes. This morphology was found to be uniform over the whole sample surface, on millimetre scale. On this micro-patterned P3HT layer an orthogonal solvent (i.e. a solvent which does not dissolve the P3HT) has been employed to deposit either by spin coating or by drop casting a second organic semiconductor. While spin-coated films exhibited nano-crystals of an alkylated perylene tetracarboxy diimide (PDI) preferentially grown into the micro-fabricated holes, drop-cast films displayed crystalline PDI fibres adsorbed on the patterned surface in random positions.

PACS

68.37.Ps 68.55.Am 68.55.Ag 81.15.Rs 81.16.Dn 

References

  1. 1.
    A.C. Grimsdale, K. Müllen, Angew. Chem. Int. Ed. 44, 5592 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    J.P. Rabe, S. Buchholz, Science 253, 424 (1991) CrossRefADSGoogle Scholar
  3. 3.
    H.J. Räder, A. Rouhanipour, A.M. Talarico, V. Palermo, P. Samorì, K. Müllen, Nat. Mater. 5, 276 (2006) CrossRefADSGoogle Scholar
  4. 4.
    P. Leclère, M. Surin, P. Brocorens, M. Cavallini, F. Biscarini, R. Lazzaroni, Mater. Sci. Eng. Rep. 55, 1 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    V. Palermo, P. Samorì, Angew. Chem. Int. Ed. 46, 4428 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    P.G. De Gennes, Rev. Mod. Phys. 57, 827 (1985) CrossRefADSGoogle Scholar
  7. 7.
    F. Cacialli, J.S. Wilson, J.J. Michels, C. Daniel, C. Silva, R.H. Friend, N. Severin, P. Samorì, J.P. Rabe, M.J. O’Connell, P.N. Taylor, H.L. Anderson, Nat. Mater. 1, 160 (2002) CrossRefADSGoogle Scholar
  8. 8.
    S.R. Forrest, Nature 428, 911 (2004) CrossRefADSGoogle Scholar
  9. 9.
    R.H. Friend, R.W. Gymer, A.B. Holmes, J.H. Burroughes, R.N. Marks, C. Taliani, D.D.C. Bradley, D.A. Dos Santos, J.L. Brédas, M. Logdlund, W.R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999) CrossRefADSGoogle Scholar
  10. 10.
    K. Müllen, J.P. Rabe, Acc. Chem. Res. 41, 511 (2008) CrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    R. van Hameren, P. Schon, A.M. van Buul, J. Hoogboom, S.V. Lazarenko, J.W. Gerritsen, H. Engelkamp, P.C.M. Christianen, H.A. Heus, J.C. Maan, T. Rasing, S. Speller, A.E. Rowan, J. Elemans, R.J.M. Nolte, Science 314, 1433 (2006) CrossRefADSGoogle Scholar
  12. 12.
    D.J. Vak, S.S. Kim, J. Jo, S.H. Oh, S.I. Na, J.W. Kim, D.Y. Kim, Appl. Phys. Lett. 91 (2007) Google Scholar
  13. 13.
    R. Green, A. Morfa, A.J. Ferguson, N. Kopidakis, G. Rumbles, S.E. Shaheen, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) Google Scholar
  14. 14.
    K. Fujita, T. Ishikawa, T. Tsutsui, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 41, L70 (2002) CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Y. Okabayashi, T. Mitarai, S. Yamazaki, R. Matsuyama, K. Kanai, Y. Ouchi, K. Seki, Appl. Surf. Sci. 244, 217 (2005) CrossRefADSGoogle Scholar
  16. 16.
    T. Ishikawa, M. Nakamura, K. Fujita, T. Tsutsui, Appl. Phys. Lett. 84, 2424 (2004) CrossRefADSGoogle Scholar
  17. 17.
    T. Ishikawa, K. Fujita, T. Tsutsui, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 44, 6292 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    J.U. Park, M. Hardy, S.J. Kang, K. Barton, K. Adair, D.K. Mukhopadhyay, C.Y. Lee, M.S. Strano, A.G. Alleyne, J.G. Georgiadis, P.M. Ferreira, J.A. Rogers, Nat. Mater. 6, 782 (2007) CrossRefADSGoogle Scholar
  19. 19.
    X.L. Mo, T. Mizokuro, H. Mochizuki, N. Tanigaki, T. Hiraga, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 44, 656 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    A. Izquierdo, S.S. Ono, J.C. Voegel, P. Schaaff, G. Decher, Langmuir 21, 7558 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    X. Mo, T. Mizokuro, N. Tanigaki, T. Hiraga, N. Umehara, K. Takagi, S. Yamamoto, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 425 (2008) CrossRefADSGoogle Scholar
  22. 22.
    J.A. Merlo, C.D. Frisbie, J. Phys. Chem. B 108, 19169 (2004) CrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    J.Y. Kim, K. Lee, N.E. Coates, D. Moses, T.Q. Nguyen, M. Dante, A.J. Heeger, Science 317, 222 (2007) CrossRefADSGoogle Scholar
  24. 24.
    A. Liscio, G. De Luca, F. Nolde, V. Palermo, P. Samorì, K. Müllen, J. Am. Chem. Soc. 130, 780 (2008) CrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    J.A.A.W. Elemans, R. Van Hameren, R.J.M. Nolte, A.E. Rowan, Adv. Mater. 18, 1251 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    F. Würthner, Chem. Commun. 1564 (2004) Google Scholar
  27. 27.
    K. Balakrishnan, A. Datar, T. Naddo, J. Huang, R. Oitker, M. Yen, J. Zhao, L. Zang, J. Am. Chem. Soc. 128, 7390 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    K. Balakrishnan, A. Datar, R. Oitker, H. Chen, J.M. Zuo, L. Zang, J. Am. Chem. Soc. 127, 10496 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    F. Dinelli, R. Capelli, M.A. Loi, M. Murgia, M. Muccini, A. Facchetti, T.J. Marks, Adv. Mater. 18, 1416 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  30. 30.
    X. Zhang, Z. Chen, F. Würthner, J. Am. Chem. Soc. 129, 4886 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  31. 31.
    F. Nolde, J.Q. Qu, C. Kohl, N.G. Pschirer, E. Reuther, K. Müllen, Chem. Eur. J. 11, 3959 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  32. 32.
    W. Kern, D.A. Puotinen, RCA Rev. Tech. J. 31, 187 (1970) Google Scholar
  33. 33.
    P. Samorì, Chem. Soc. Rev. 34, 551 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  34. 34.
    S.S. Sheiko, M. Möller, Chem. Rev. 101, 4099 (2001) CrossRefGoogle Scholar
  35. 35.
    H. Takano, J.R. Kenseth, S.-S. Wong, J.C. O’Brien, M.D. Porter, Chem. Rev. 99, 2845 (1999) CrossRefGoogle Scholar
  36. 36.
    M.O. Finot, M.T. McDermott, J. Am. Chem. Soc. 119, 8564 (1997) CrossRefGoogle Scholar
  37. 37.
    P. Leclère, R. Lazzaroni, J.L. Brédas, J.M. Yu, P. Dubois, R. Jérôme, Langmuir 12, 4317 (1996) CrossRefGoogle Scholar
  38. 38.
    P. Samorì, M. Surin, V. Palermo, R. Lazzaroni, P. Leclère, Phys. Chem. Chem. Phys. 8, 3927 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  39. 39.
    Scanning Probe Image Processor (SPIP) (version 2.000, Image Metrology ApS) Google Scholar
  40. 40.
    H.C. Yang, T.J. Shin, L. Yang, K. Cho, C.Y. Ryu, Z.N. Bao, Adv. Funct. Mater. 15, 671 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  41. 41.
    E. Rabani, D.R. Reichman, P.L. Geissler, L.E. Brus, Nature 426, 271 (2003) CrossRefADSGoogle Scholar
  42. 42.
    R.D. Deegan, O. Bakajin, T.F. Dupont, G. Huber, S.R. Nagel, T.A. Witten, Nature 389, 827 (1997) CrossRefGoogle Scholar
  43. 43.
    S. Herminghaus, K. Jacobs, K. Mecke, J. Bischof, A. Fery, M. Ibn-Elhaj, S. Schlagowski, Science 282, 916 (1998) CrossRefGoogle Scholar
  44. 44.
    T.E. Schäffer, Nanotechnology 16, 664 (2005) CrossRefADSGoogle Scholar
  45. 45.
    A. Zen, J. Pflaum, S. Hirschmann, W. Zhuang, F. Jaiser, U. Asawapirom, J.P. Rabe, U. Scherf, D. Neher, Adv. Funct. Mater. 14, 757 (2004) CrossRefGoogle Scholar
  46. 46.
    V. Palermo, A. Liscio, D. Gentilini, F. Nolde, K. Müllen, P. Samorì, Small 3, 161 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  47. 47.
    G. De Luca, A. Liscio, P. Maccagnani, F. Nolde, V. Palermo, K. Müllen, P. Samorì, Adv. Funct. Mater. 17, 3791 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  48. 48.
    A.L. Briseno, S.C.B. Mannsfeld, C. Reese, J.M. Hancock, Y. Xiong, S.A. Jenekhe, Z. Bao, Y. Xia, Nano Lett. 7, 2847 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  49. 49.
    W.S. Shin, H.H. Jeong, M.K. Kim, S.H. Jin, M.R. Kim, J.K. Lee, J.W. Lee, Y.S. Gal, J. Mater. Chem. 16, 384 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  50. 50.
    P. Samorì, M. Keil, R. Friedlein, J. Birgerson, M. Watson, M. Müllen, W.R. Salaneck, J.P. Rabe, J. Phys. Chem. B 105, 11114 (2001) CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 2009

Authors and Affiliations

  • Emanuele Treossi
    • 1
  • Andrea Liscio
    • 1
  • Xinliang Feng
    • 2
  • Vincenzo Palermo
    • 1
  • Klaus Müllen
    • 2
  • Paolo Samorì
    • 3
    • 4
  1. 1.Istituto per la Sintesi Organica e la FotoreattivitàConsiglio Nazionale delle RicercheBolognaItaly
  2. 2.Max-Planck Institute for Polymer ResearchMainzGermany
  3. 3.Nanochemistry Laboratory, ISIS-CNRS 7006Université Louis PasteurStrasbourgFrance
  4. 4.Istituto per la Sintesi Organica e la FotoreattivitàConsiglio Nazionale delle RicercheBolognaItaly

Personalised recommendations