Redox-Induced Asymmetric Electrical Characteristics of Ferrocene-Alkanethiolate Molecular Devices on Rigid and Flexible Substrates

본 논문은 ferrocene-alkanthiolate 분자의 자기조립박막 (self-assembled monolayers; SAMs)을 이용하여 고수율의 안정적인 분자전자소자를 flexible 기판위에서 제작하고 그 전기적 특성을 분석하였다. Ferrocene end-group에 의해 비대칭적 전기적 특성을 보이는 ferrocene-alkanethiolate 분자는 특히 저온에서 (> ~220 K) 기존의 transport 현상에 대한 설명으로 해석이 불가능한 특성을 보이며, 이 같은 현상은 ferrocene end-group의 국소적인 redox현상에 의해 발생된다는 사실을 본 논문에서는 제안하였다. 또한 다양한 flexible기판위에 제작된 분자전자소자가 다양한 mechanical deformation하에서도 소자로써의 기능을 잃지 않고 작동함을 확인하였으며, 이 연구를 통해 앞으로 더욱 진일보된 성능을 지닌 기능성 분자전자소자를 제작하기 위한 단서를 제시할 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract: The electrical properties of ferrocene-alkanethiolate self-assembled monolayers (SAMs) on a high yield solid-state device structure are investigated. The devices are fabricated using a conductive polymer interlayer between the top electrode and the SAM on both silicon-based rigid substrates and plastic-based flexible substrates. Asymmetric electrical transport characteristics that originate from the ferrocene moieties are observed. In particular, a distinctive temperature dependence of the current (i.e., a decrease in current density as temperature increases) at a large reverse bias, which is associated with the redox reaction of ferrocene groups in the molecular junction, is found. It is further demonstrated that the molecular devices can function on flexible substrates under various mechanical stress configurations with consistent electrical characteristics. This study enhances the understanding of asymmetric molecules and may lead to the development of functional molecular electronic devices on both rigid and flexible substrates.

Authors: Hyunhak Jeong(서울대), Dongku Kim(서울대), Gunuk Wang(Rice Univ.), Sungjun Park(광주과학기술원), Hanki Lee(서울대), Kyungjune Cho(서울대), Wang-Taek Hwang(서울대), Myung-Han Yoon(광주과학기술원), Yun Hee Jang(광주과학기술원), Hyunwook Song(경희대), Dong Xiang*(서울대), and Takhee Lee*(서울대); 교신저자*

Advanced Functional Materials, Volume 24, Issue 17, pages 2472–2480, May 2, 2014.
Article first published online: 20 DEC 2013
DOI: 10.1002/adfm.201303591