Ultrafast organic diodes with a low turn-on voltage ($V_T$) are demonstrated based on an organic semi-conductor and a rectifying contact provided by a metal/ metal oxide bilayer system. Relatively high carrier mobility of organic semiconductors under study is shown to yield high current density under forward bias. Moreover, it turns out that a metal oxide layer treated by a self-assembled monolayer (SAM) can provide an ideal work function that is large enough to maintain a low current density under a reverse bias, yet small enough to have a low built-in field and thus a low $V_T$. A simple single-stage rectifier based on the proposed diode can operate with a very low signal drop for an incoming signal across the RF-to-UHF range. For an in-coming sinusoidal wave with 2V amplitude, for example, a voltage drop at 100 MHz is only ~0.25 V, and thus a stable DC output of 1.8V is available to a load. Frequency-dependent measurement of the rectifying characteristics indicates the 3dB frequency is approximately 700 MHz. With such low-voltage-drop rectification and UHF compatibility, the proposed diodes and rectifiers may afford an opportunity that has been considered highly challenging to realize with organic materials.
고속동작과 낮은 턴-온 전압을 가지는 다이오드를 n형 유기반도체인 $C_{60}$와 $WO_3$의 정류접합을 이용하여 구현하였다. 상대적으로 높은 수직방향 전하이동도를 가지는 $C_{60}$의 특성으로 높은 순방향 전류를 얻을 수 있었고, HMDS처리를 한 $WO_3$를 가지는 소자의 경우 Vbi를 최적화 함으로써 역방향 전류를 크게 하지 않는 범위에서 다이오드의 턴-온 전압을 낮출 수 있었다. 다이오드와 $R_L$과 $C_L$을 연결한 정류회로를 고주파 측정방법에 기준하여 구성하고, HF - UHF 대역의 주파수 범위까지 낮은 전압강하를 가지는 정류기로써의 능력을 확인하였다. $C_{60}$ 박막이 BCP와 조합을 이룰 때 공기 중에서의 쉽게 degradation 됨은 보고된 바 있기 때문에, 앞으로의 연구는 공기 중 안정성이 보장되고 높은 전하이동도를 가지는 물질을 활성층으로 사용하거나,[22] 높은 일함수를 가지는 양전극을 공기 중으로 가져가는 방식은 반전된 구조를 사용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있을 것이다. $C_{60}$ 다이오드가 이러한 보완점을 가지더라도, 본 논문에서 해석한 방식과 접근은 앞으로의 보다 고성능의 유기 다이오드와 정류기를 개발의 수수께끼를 푸는 진일보로써 받아들여질 수 있을 것이다.
