@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}
}
@phdthesis{Mahapatra2007,
  author    = {Mahapatra, Suddhasatta},
  title     = {Formation and Properties of Epitaxial CdSe/ZnSe Quantum Dots : Conventional Molecular Beam Epitaxy and Related Techniques},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-32831},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Albeit of high technological import, epitaxial self-assembly of CdSe/ZnSe QDs is non-trivial and still not clearly understood. The origin and attributes of these QDs are significantly different from those of their III-V and group-IV counterparts. For III-V and group-IV heterosystems, QD-formation is assigned to the Stranski Krastanow (SK) transition, wherein elastic relaxation of misfit strain leads to the formation of coherent three-dimensional (3D) islands, from a supercritically strained two-dimensional (2D) epilayer. Unfortunately, this phenomenon is inconspicuous for the CdSe/ZnSe heterosystem. Well-defined 3D islands are not readily formed in conventional molecular beam epitaxial (MBE) growth of CdSe on ZnSe. Consequently, several alternative approaches have been adopted to induce/enhance formation of QDs. This thesis systematically investigates three such alternative approaches, along with conventional MBE, with emphasis on the formation-mechanism of QDs, and optimization of their morphological and optical attributes. It is shown here that no distinct 3D islands are formed in MBE growth of CdSe on ZnSe. The surface of the CdSe layer represents a rough 2D layer, characterized by a dense array of shallow (<1nm) abutting mounds. In capped samples, the CdSe deposit forms an inhomogeneous CdZnSe quantum well (QW)-like structure. This ternary QW consists of local Cd-rich inclusions, which confine excitons three-dimensionally, and act as QDs. The density of such QDs is very high (~ 1012 cm-2). The QDs defined by the composition inhomogeneities of the CdZnSe QW presumably originate from the shallow mounds of the uncapped CdSe surface. By a technique wherein a CdSe layer is grown at a low temperature (TG = 230 °C) and subsequently annealed at a significantly higher temperature (TA =310 °C), tiny but distinct 3D islands are formed. In this work, the mechanism underlying the formation of these islands is reported. While the CdSe deposit forms a quasi-two-dimensional (quasi-2D) layer at TG = 230 °C, subsequent annealing at TA = 310 °C results in a thermally activated "up-climb" of adatoms onto two-dimensional clusters (or precursors) and concomitant nucleation of 3D islands. The areal density of QDs, achieved by this technique, is at least a decade lower than that typical for conventional MBE growth. It is demonstrated that further reduction is possible by delaying the temperature ramp-up to TA. In the second technique, formation of distinct islands is demonstrated by deposition of amorphous selenium (a-Se) onto a 2D CdSe epilayer at room temperature and its subsequent desorption at a higher temperature (TD = 230 °C). Albeit the self-assembled islands are large, they are severely truncated during subsequent capping with ZnSe, presumably due to segregation of Cd and Zn-alloying of the islands. The segregation phenomenon is analyzed in this work and correlated to the optical properties of the QDs. Additionally, very distinct vertical correlation of QDs in QD-superlattices, wherein the first QD-layer is grown by this technique and the subsequent ones by migration enhanced epitaxy (MEE), is reported. The process steps of the third variant technique, developed in course of this work, are very similar to those of the previous one-the only alteration being the substitution of selenium with tellurium as the cap-forming-material. This leads not only to large alteration of the morphological and optical attributes of the QDs, but also to formation of unique self-assembled island-patterns. Oriented dashes, straight and buckled chains of islands, and aligned island-pairs are formed, depending on the thickness of the Te-cap layer. The islands are partially alloyed with Te and emit luminescence at very low energies (down to 1.7 eV at room temperature). The Te cap layer undergoes (poly)crystallization during temperature ramp-up (from room temperature to TD) for desorption. Here, it is shown that the self-assembled patterns of the island-ensembles are determined by the pattern of the grain boundaries of the polycrystalline Te layer. Based on an understanding of the mechanism of pattern formation, a simple and "clean" method for controlled positioning of individual QDs and QD-based extended nanostructures, is proposed in this work. The studies carried out in the framework of this thesis provide not only a deeper insight into the microscopic processes governing the heteroepitaxial self-assembly of CdSe/ZnSe(001) QDs, but also concrete approaches to achieve, optimize, and control several technologically-important features of QD-ensembles. Reduction and control of QD-areal-density, pronounced vertical correlation of distinctly-defined QDs in QD-superlattices, and self-assembly of QD-based extended structures, as demonstrated in this work, might turn out to be beneficial for envisioned applications in information-, and communication-technologies.},
  subject      = {Nanostruktur},
  language  = {en}
}