Molekulare Halbleiter: Terahertz-Spektroskopie zum Ladungsträgertransport auf der Nanoskala

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Kersting
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420459768

Mit dem Fortschritt auf dem Gebiet organischer Halbleiter erscheinen vielfältige Anwendungen von organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) absehbar. Allerdings konvergieren trotz aller Erfolge die Beweglichkeiten der Ladungsträger bei etwa 10cm2/Vs, was die Anwendbarkeit stark einschränkt. Gleichzeitig sind die Grundlagen des Ladungsträgertransports in organischen Halbleitern bei weitem nicht so gut verstanden, wie es bei anorganischen Halbleitern der Fall ist.Mit diesem Projekt sollen an molekularen Halbleitern zwei der wichtigsten Mechanismen untersucht werden, welche die Beweglichkeiten einschränken. Dies ist zum einen die Wechselwirkung zwischen Ladungsträgern und Phononen, die zur Ausbildung von Polaronen führt und zum anderen die sogenannte dynamische Lokalisierung. Diese bekannten Konzepte greifen sehr wahrscheinlich nicht in der Kanalregion von OFETs, da die enormen Ladungsträgerdichten zur Abschirmung der Wechselwirkungen führen. In Konsequenz sollten freie Ladungsträger und Bloch-Transport vorliegen. Die Terahertz-Spektroskopie ermöglicht zu diesen grundlegenden Eigenschaften einen Zugang, der sich von konventionellen Transportmessungen unterscheidet. Sie bildet den lokalen Transport auf der Nanoskala ab, ohne dass Korngrenzen oder die Güte der elektrischen Kontakte die Messdaten beeinflussen. Ziel ist es, mit Terahertzexperimenten die Streuzeiten und effektiven Massen der Ladungsträger zu bestimmen. Ihre Temperaturabhängigkeiten werden zeigen, ob polaronische Effekte und die dynamische Lokalisierung signifikant sind und den Transport beeinflussen oder ob das Ladungsträgergas diese Phänomene abschirmt. Die erwarteten Ergebnisse werden nicht nur die Grundlagen des Ladungsträgertransports neu ausleuchten. Darüber hinaus mögen sie Hinweis geben, wie die Gestaltung neuer molekularer Halbleiter den erhofften Quantensprung zu höheren Beweglichkeiten herbeiführen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen