Oberflächenstreuung in Feld-Effekt-Bauelementen molekularer Halbleiter

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Kersting
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551242636

Obwohl für organische Feldeffekttransistoren (FETs) vielfältige Anwendungen prognostiziert wurden, ist das physikalische Verständnis zu Transportprozessen in solchen Bauelementen unzureichend. Jüngste Arbeiten an Bauelementen molekularer Halbleiter legen nahe, dass Streuprozesse an Oberflächenrauigkeiten innerhalb des Kanals die Beweglichkeiten der Ladungsträger einschränken. Diese Streuprozesse treten durch Unregelmäßigkeiten auf der Skala von wenigen Einheitszellen des Kristallgitters auf. Zur Untersuchung dieser Streuprozesse ist daher eine Methode vorteilhaft, die ausschließlich den lokalen Transport abbildet. Terahertz-Elektromodulations-Spektroskopie ist eine geeignete experimentelle Technik, um den Einfluss der Oberflächenrauigkeit in molekularen Halbleitern mit großen Beweglichkeiten zu untersuchen. Die Methode detektiert ausschließlich den Transport freier Ladungsträger, während Einflüsse durch Korngrenzen, Fallen und Kontaktwiderstände ausgeblendet werden und somit ein ungestörter Blick auf die intrinsischen Transportprozesse möglich wird. Temperaturabhängige Messungen werden es erlauben, die Streuung an Oberflächenrauigkeiten von anderen Prozessen wie Phononenstreuung oder der dynamischen Lokalisierung zu unterscheiden. Die Planarisierung und chemische Modifikation des Isolators unterhalb des Halbleiters wird es ermöglichen, die physikalischen Hintergründe der Oberflächenstreuung herauszuarbeiten. Zur Unterstützung der Interpretation von experimentellen Ergebnissen sollen Modellrechnungen zu Streuprozessen wie auch selbstkonsistente Simulationen der Ladungsträgerdichten in den Bauelementen herangezogen werden. Im Hinblick auf Anwendungen ist eine wichtige Frage, wie die lokalen Streuprozesse den Transport der Ladungsträger über makroskopische Distanzen, wie den Kanal eines FETs, beeinflussen. Klärung wird der Vergleich der mittels THz-Spektroskopie erfassten Daten mit denen klassischer Methoden wie IV-Charakterisierung und van-der-Pauw-Messungen ermöglichen. Insgesamt werden die erwarteten Ergebnisse nicht nur die physikalischen Grundlagen des Ladungsträgertransports neu ausleuchten. Sie werden auch Hinweise zur Gestaltung neuer Bauelementstrukturen geben, um mit signifikant größeren Beweglichkeiten FETs aus molekularen Halbleitern näher an die Anwendung heranzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen