Chemische Grenzfächenmodifikation für Injektionsuntersuchungen in elektrischen Bauteilen im Bereich der organischen Elektronik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt konnte gezeigt werden, dass durch eine vergleichende Studie an organischen Feldeffekt-Transistoren (OFETs), deren Goldelektroden mit selbst-assemblierenden Monolagen (SAMs) aus unterschiedlichen bzw. verschieden terminal-funktionalisierten Organothiolen belegt waren, der Mechanismus der Ladungsträgerinjektion von der Metallelektrode in den organischen Halbleiter untersucht und aufgeklärt werden kann. Da die Morphologie der aufgewachsenen Pentacenschicht bei dieser SAM-Modifikation gleich ist, lassen sich Unterschiede in der Mobilität und den Kontaktwiderständen direkt der Injektion zuordnen. Es zeigt sich, dass der Injektionsprozess wegen fehlender allg. Korrelation von Mobilität mit der SAM- Moleküllänge überraschenderweise kein reiner Tunnelprozess sein kann. Eine Ankopplung der Energieniveaus (Fermi-Niveau, HOMO) oder Barrieren aufgrund von Grenzflächendipolen oder Austrittsarbeiten spielen ebenfalls keine wichtige Rolle bei der Injektion. Dagegen beeinflussen (molekulare) Dipolmomente im SAM aufgrund ihrer terminalen hohen Elektronendichte massiv die Löcherin-jektion in den organischen Halbleiter und den Transport an der Grenzfläche. Für nicht-polare SAMs spielt der Kontaktwinkel bzw. die Oberflächenenergie eine entscheidende Rolle. Die Befunde können in Polymer-OFETs, in denen die Optimierung des Filmwachstums noch nicht ausgereizt ist, so nicht direkt wiedergefunden werden, da die Injektion in diesem Fall nicht der limitierende Faktor ist. Für 4-Ring-Thiophenpolymere (P2TDCnFT4) wurde das Filmwachstum und damit auch die hergestellten OFETs optimiert durch Studien zur Stabilität, zum Dielektrikum, zum Lösungsmittel und zur Konzentration im Herstellungsprozess, und zur Länge der Seitenketten. Eine detaillierte Aufklärung der Morphologie und (Mikro-)Struktur der Filme konnte die beobachteten Abhängigkeiten in allen Fällen erklären.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Ultra-Smooth and Ultra-Strong Ion-Exchanged Glass as Substrates for Organic Electronics”, Adv. Funct. Mat., adfm201202009 / published online (2012)
D. Käfer, M. He, J. Li, M. S. Pambianchi, J. Feng, J. C. Mauro, Z. Bao
