@phdthesis{Sachs2010,
  author    = {Sachs, S{\"o}nke},
  title     = {Organische Halbleiter: Fundamentale Aspekte von Metallkontakten, hochgeordneten Schichten und deren Anwendung in Feldeffekttransistoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-48684},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Eingebettet in ein Konzept zum Aufbau eines Hochleistungs-Feldeffekt-Transistors auf der Basis organischer Halbleiter (OFET), werden in der vorliegenden Dissertation fundamentale Aspekte des Aufbaus und der Funktion organischer Halbleiter-Bauelemente erforscht. Die Kenntnis, welche maximale Leistungsf{\"a}higkeit organische Halbleiter in OFETs prinzipiell erreichen k{\"o}nnen, ist von elementarem Interesse, sowohl um Transportmodelle zu verfeinern, als auch um Mechanismen und Optimierungsans{\"a}tze zu finden, mit denen OFETs generell verbessert werden k{\"o}nnen. Es wird das Ziel verfolgt, sich der maximalen Leistungsf{\"a}higkeit eines gegebenen Materialsystems anzun{\"a}hern. Aufwendige Pr{\"a}parationsstrategien werden f{\"u}r dieses Ziel bewusst in Kauf genommen, auch wenn deshalb vermutlich kein direkter Zugang zu Anwendungen er{\"o}ffnet wird. An geeigneten Modellsystemen k{\"o}nnen einzelne wichtige Aspekte, wie die elektronische Struktur an Metallkontakten und im organischen Halbleitervolumen sowie das Wachstum von Schichten und Kristalliten organischer Halbleitermolek{\"u}le auf einkristallinen Isolatorsubstraten charakterisiert werden. Die Ergebnisse dieser grundlegenden Experimente fließen in den Aufbau des geplanten OFETs ein. Auf dem Weg zu einem funktionsf{\"a}higen Bauelement mit bestm{\"o}glichen Eigenschaften wurden wesentliche Fortschritte erzielt. Der erste Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung elektronischer Niveaus an Metallkontakt-Grenzfl{\"a}chen und im Volumen des Modellsystems PTCDA/Ag(111) mit Zwei-Photonen-Photoelektronenspektroskopie (2PPE). Die 2PPE-Spektren der PTCDA/Ag(111)-Grenzfl{\"a}che sind dominiert durch einen unbesetzten, parallel zur Grenzfl{\"a}che stark dispersiven Shockley-artigen Grenzfl{\"a}chenzustand (IS), der sich durch die Chemisorption der Molek{\"u}le auf der Ag(111)-Oberfl{\"a}che bildet. Bei der Untersuchung von intramolekular angeregten elektronischen Zust{\"a}nden von PTCDA mit 2PPE zeigen sich im Vergleich zum Untergrund der Spektren schwache Signale, die jedoch mit einer geeigneten Beschreibung des Untergrunds davon separiert werden k{\"o}nnen. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang das LUMO, das bei einer Anregung aus dem HOMO eine um 0,4 eV st{\"a}rkere energetische Absenkung zeigt, als bei der Anregung aus dem HOMO-1. Dies kann durch die unterschiedlichen exzitonischen Zust{\"a}nde, die bei den Anregungen entstehen, erkl{\"a}rt werden. Neben den metallischen Kontakten ist die Grenzfl{\"a}che zwischen organischem Halbleiter und Gate-Isolator entscheidend f{\"u}r die Leistungsf{\"a}higkeit eines OFETs. Am Beispiel des Wachstums von Diindenoperylen-Molek{\"u}len (DIP) auf einkristallinen Al2O3-Substraten wurde die morphologische und strukturelle Ausbildung von organischen Halbleiterschichten mit optischer Mikroskopie und Rasterkraftmikroskopie untersucht. Das Wachstum kann als stark anisotrop charakterisiert werden. Die - im Vergleich zu den Bindungsenergien mit dem Substrat - deutlich gr{\"o}ßeren Bindungsenergien innerhalb der DIP-(001)-Kristallebenen f{\"u}hren bei Substrattemperaturen von 440 K zu einem Wachstum von aufrecht stehenden Molek{\"u}len. Es zeigt sich, dass die w{\"a}hrend des Wachstums herrschende Substrattemperatur einen entscheidenden Einfluss auf die Morphologie der DIP-Schicht hat. So nimmt die Inselgr{\"o}ße von etwa 200 nm bei 350 K auf {\"u}ber 700 nm bei 450 K zu. Außerdem wird ein Ansteigen der Filmrauheit, besonders ab etwa 430 K, beobachtet, das auf den {\"U}bergang zu einem anderen Wachstumsmodus bei diesen Temperaturen hinweist. Bei etwas h{\"o}heren Temperaturen von etwa 460 K wird das Wachstum von DIP-Kristalliten beobachtet. Dabei k{\"o}nnen - abh{\"a}ngig von den gew{\"a}hlten Pr{\"a}parationsparametern - drei unterschiedliche Kristallit-Typen unterschieden werden: „Mesa-Kristallite" mit lateralen Abmessungen von mehreren Mikrometern, „Dendritische Kristallite", die eine verzweigte Struktur aufweisen, die mithilfe der Wachstumskinetik erkl{\"a}rt werden kann und „Schichtkristallite", deren Morphologie sich durch teilweise starke Kr{\"u}mmungen auszeichnet. Insgesamt zeigt sich, dass die Morphologie kristalliner Strukturen durch eine feine Balance der Pr{\"a}parationsparameter Substrattemperatur, Aufdampfrate, Substratmorphologie und Substratreinheit bestimmt wird, so dass kleine {\"A}nderungen dieser Parameter zu deutlich unterschiedlichen Kristallitformen f{\"u}hren. Schließlich wird das Konzept zum Aufbau eines Hochleistungs-OFET vorgestellt und in Details weiterentwickelt. Fortschritte werden in erster Linie bei der Pr{\"a}paration der Gate-Elektrode erzielt, die unter dem Al2O3-Substrat angebracht werden soll. F{\"u}r die Ausd{\"u}nnung des Substrats wird eine Bohrtechnik weiterentwickelt und mit einer nasschemischen {\"A}tzmethode kombiniert, so dass Isolatorst{\"a}rken von unter 10 µm erreicht werden k{\"o}nnen. Erste wenige OFETs wurden auf der Basis dieses Substrats pr{\"a}pariert, allerdings ohne dass die Bauteile Feldeffekte zeigten. Verbesserungsm{\"o}glichkeiten werden diskutiert.},
  subject      = {Organischer Halbleiter},
  language  = {de}
}