@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{Mueller2009,
  author    = {M{\"u}ller, Christian Robert},
  title     = {Nanoelektronische Feldeffekt-Transistoren und Quantenpunktspeicher auf der Basis von modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Heterostrukturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39948},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit Elektronentransport in nanostrukturierten Bauelementen auf Halbleiterbasis, wobei im Speziellen deren Transistor- und Speichereigenschaften untersucht werden. Grundlage f{\"u}r die Bauelemente stellt eine modulationsdotierte GaAs/AlGaAs Heterostruktur dar, die mittels Elektronenstrahllithographie und nasschemischen {\"A}tzverfahren strukturiert wird. Auf Grund der Bandverbiegung bildet sich in der N{\"a}he des Hetero{\"u}bergangs ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) aus, das als leitf{\"a}hige Schicht in den Strukturen dient. Im Rahmen der Arbeit werden die Transporteigenschaften f{\"u}r unterschiedliche Bauelementdesigns untersucht, wobei die laterale Ausdehnung der Bauelemente wenige 10 nm betr{\"a}gt. Die Charakterisierung des Elektronentransports erfolgt sowohl im linearen als auch nichtlinearen Transportregime f{\"u}r tiefe Temperaturen (T = 4.2 K) bis hin zu Raumtemperatur. Das erste experimentelle Kapitel besch{\"a}ftigt sich mit dem Entwurf und der Charakterisierung von statischen Speicherzellen mit integriertem Floating Gate. Bei den hierf{\"u}r hergestellten Bauelementen befindet sich eine Schicht selbstorganisierter Quantenpunkte (QDs) in direkter N{\"a}he zum 2DEG. Der Abstand zwischen 2DEG und QDs ist kleiner als die Abschirml{\"a}nge im Halbleitermaterial, wodurch die QDs als Floating Gate dienen und Informationen elektrisch gespeichert werden k{\"o}nnen. Die Speicherzellen wurden in Form von Quantendraht-Transistoren (QWTs) und Y-Schaltern (YBSs) realisiert und bez{\"u}glich der Speicherf{\"a}higkeit der QDs sowohl bei tiefen Temperaturen als auch bei Raumtemperatur untersucht. Im zweiten experimentellen Kapitel dieser Arbeit wird ein neues, auf dem Feldeffekt beruhendes, Transistordesign vorgestellt. Die hierf{\"u}r hergestellten Heterostrukturen besitzen ein 2DEG, das sich zwischen 33 nm und 80 nm unterhalb der Oberfl{\"a}che der Heterostruktur befindet. Mittels in die Oberfl{\"a}che der Heterostruktur ge{\"a}tzter Gr{\"a}ben wird eine Isolation zwischen den leitf{\"a}higen Regionen der Bauelemente geschaffen. Das einfache Design der sogenannten Three-Terminal Junctions (TTJs), in Verbindung mit dem oberfl{\"a}chennahen 2DEG, erm{\"o}glicht die monolithische Realisierung von integrierten logischen Gattern. Durch eine ausf{\"u}hrliche Betrachtung des Transistorverhaltens der TTJs k{\"o}nnen sowohl Subthreshold Swings kleiner als das thermische Limit klassischer Feldeffekt-Transistoren als auch Hochfrequenzfunktionalit{\"a}t demonstriert werden.},
  subject      = {Galliumarsenid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Spanheimer2009,
  author    = {Spanheimer, Daniela Cornelia},
  title     = {Dynamische Leistungsverst{\"a}rkung bei GHz Frequenzen und Speichereigenschaften von nanoelektronischen GaAs/AlGaAs Transistoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-37589},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Es wurde gezeigt, dass durch die Vorpositionierung von Quantenpunkten, diese mit einem gezielten Abstand im Bereich von einigen 100 nm zueinander und daher mit einer definierten Dichte in Speicherbauelemente eingebracht werden k{\"o}nnen. Es wurde bei tiefen Temperaturen wohldefinierte Coulombblockade demonstriert. Durch die Analyse der Coulomb-Rauten war es m{\"o}glich, auf die Gr{\"o}ße und Ladeenergie von Quantenpunkten im Kanal zu schliessen. Es wurde gezeigt, dass vorpositionierte Quantenpunkte sehr gut als Floating Gate eingesetzt werden k{\"o}nnen. Die Speichereigenschaften dieser Quantenpunkte wurden im Hinblick auf die Hysteresebreite DeltaVth in Abh{\"a}ngigkeit der Kanalbreite, der Drainspannung und der Temperatur untersucht und diskutiert. Hierbei konnte eine deutliche Abh{\"a}ngigkeit der Thresholdspannung von der Kanalbreite der Struktur ermittelt werden. F{\"u}r Strukturen mit einem breiten Kanal wurde festgestellt, dass der Stromfluss bereits bei negativen Gatespannungen einsetzt, w{\"a}hrend f{\"u}r schmale Strukturen positive Gatespannungen n{\"o}tig sind, um einen Ladungstransport hervorzurufen. Zur Bestimmung der Temperaturstabilit{\"a}t der Ladezust{\"a}nde wurde sowohl die Thresholdspannung als auch die Hysteresebreite als Funktion der Probentemperatur im Bereich von 4.2K bis Raumtemperatur bei verschiedenen Drainspannungen bestimmt. Hierbei wurde festgestellt, dass die Hysteresebreite bis zu einer kritischen Temperatur stufenf{\"o}rmig abnimmt und danach wieder leicht ansteigt. Bei der Untersuchung der Threshold- Spannung wurde ein Unterschied Vth,zu und Vth,auf festgestellt. Erstmals konnte ein lateral und vertikal positionierter InAs Quantenpunkt als Speicher f{\"u}r den Betrieb bei Raumtemperatur demonstriert werden. Ferner wurde die Wirkung eines Gate-Leckstromes auf den gemessenen Drain- Strom eines monolithischen Drei-Kontakt-Struktur untersucht und diskutiert. Die untersuchten Proben basieren auf einem neuen Parallel-Design, in welchem das Gate nicht wie {\"u}blich zwischen Source und Drain positioniert wurde, sondern in serieller Verbindung mit dem Drain- oder Sourcekontakt, d.h. mit einem zentralen Drain zwischen Source und Gate, gesetzt wurde. Hierdurch konnte eine merkliche Reduzierung des Probeninnenwiderstandes erreicht werde. Zu Beginn wurden zur Charakterisierung der Probe Transportmessungen bei Raumtemperatur durchf{\"u}hrt. Hierbei konnte verglichen mit herk{\"o}mmlichen Quantendrahttranistoren realisiert auf demselbenWafer, zum einen eine deutlich h{\"o}here Transconductance durch das parallele Design erreicht werden. Zum anderen zeigte die ermittelte Transconductance nicht den erwarteten linearen Verlauf in Abh{\"a}ngigkeit der Drainspannung, sondern einen quadratischen. Die Messungen zeigten außerdem einen Abfall des Drain-Stromes ab einer kritischen Gr{\"o}ße des Gate-Leckstromwertes, welcher auf ein dynamisches Gate, hervorgerufen durch die Ladungstr{\"a}ger aus dem Gate, zur{\"u}ckgef{\"u}hrt wird. Diese zus{\"a}tzliche virtuelle Kapazit{\"a}t addiert sich in paralleler Anordnung zum geometrischen Gate-Kondensator und verbessert die Transistoreigenschaften. Zum Abschluss der Arbeit wurden Hochfrequenzmessungen zur Ermittlung einer Leistungsverst{\"a}rkung von Drei-Kontakt-Strukturen bei Raumtemperatur f{\"u}r unterschiedliche Gate- und Drainspannungen durchgef{\"u}hrt. Um die Hochfrequenzeigenschaften der untersuchten Probe zu erh{\"o}hen, wurde hierf{\"u}r ein Design gew{\"a}hlt, in welchem die Goldkontakte zur Kontaktierung sehr nahe an die aktive Region heranragen. F{\"u}r diese Spannungskombination konnte f{\"u}r eine Frequenz im Gigaherz-Bereich eine positive Spannungsverst{\"a}rkung > 1 dB gemessen werden. H{\"o}here Spannungen f{\"u}hren zu einem S{\"a}ttigungswert in der Leistungsverst{\"a}rkung. Dies wird zur{\"u}ckgef{\"u}hrt auf den maximal zur Verf{\"u}gung stehenden Strom in der aktiven Region zwischen den nahen Goldkontakten. Zudem wurde eine L{\"o}sung vorgestellt, um das fundamentale Problem der Impedanzfehlanpassung f{\"u}r Hochfrequenzmessungen von nanoelektronischen Bauelementen mit einem hohen Innerwiderstand zu l{\"o}sen. Eine Anpassung der unterschiedlichen Impedanzen zwischen Bauelement und Messapparatur ist unbedingt notwendig, um Reflexionen bei der {\"U}bertragung zu vermeiden und somit die Gewinnoptimierung zu erh{\"o}hen. Zur Behebung der Fehlanpassung wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Impedanz-Anpassungs-Netzwerk auf einer PCB-Platine realisiert, welches mit der Probe verbunden wurde. Die Anpassung wurde durch eingebaute Strichleitungen in das Layout des Anpassungsboards vorgenommen. Durchgef{\"u}hrte Simulationen der Probe in Verbindung mit dem Anpassungs-Netzwerk best{\"a}tigten die experimentellen Ergebnisse. Durch die Anpassung konnte der simulierte Reflexionskoeffizient deutlich reduziert werden, bei gleichzeitiger Erh{\"o}hung des Transmissionskoeffizienten. Ebenfalls zeigten die Messungen an einer Drei-Kontakt-Struktur mit Anpassungs-Board eine signifikante Verbesserung der Leistungsverst{\"a}rkung.},
  subject      = {Verst{\"a}rkung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Leufgen2009,
  author    = {Leufgen, Michael},
  title     = {Effects of structure, sub-micrometer scaling, and environmental conditions on pi-conjugated organic semiconductors in OFET devices},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-52801},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {The thesis investigates the electrical transport properties of different π-conjugated organic semiconductors applied as active semiconducting material in organic field-effect transistor (OFET) devices. Theses organic materials are αω-dihexylquaterthiophene (DH4T), the tetrathiafulvalene (TTF) derivatives dibenzene-tetrathiafulvalene (DB-TTF) and dithiophene-tetrathiafulvalene (DT-TTF), and polytriarylamine (PTAA). The latter material is an amorphous polymer, the three others are small molecule oligomer materials. Different deposition methods were applied and compared. The investigations in the thesis treat the pure characterisation of the above materials with their different properties in OFET devices. Furthermore, the aim was to observe and analyse general rules and effects in OFETs depending on the structure, previous history, and the device scaling. Therefore, different tools and special analysing methods were developed and applied. These are a standard characterisation method for the classification of the used organic semiconductor, temperature dependent electrical characterisation investigating the electrical transport properties, the newly developed in situ measurement method of OFET devices, the downscaling of the OFET devices of channel length below 100 nm, and the lithographical structuring of a PTAA film.},
  subject      = {Organischer Halbleiter},
  language  = {en}
}