Maßgeschneiderte Oberflächenmodifikationen

  Darstellung eines Dünnschichttransistors Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Organische Dünnschichttransistoren können durch den gezielten Einsatz von Oberflächenmodifikationen auf dem Dielektrikum oder auf den Elektroden (hier auf Gold) in ihrer Leistung deutlich verbessert werden.

Zur Verbesserung der Leistung von organischen Halbleiterbaulementen wie Transistoren und Solarzellen ist es von fundamentaler Bedeutung die morphologische und elektronische Struktur der Grenzflächen in diesen Bauelementen zu verstehen. Dabei spielen Oberflächenmodifikationen mit sogenannten selbstanordnenden Monolagen (SAMs) und polymerischen Dielektrika eine wichtige Rolle. SAMs können sowohl auf den Edelmetallkontakten zur Verbesserung der Ladungsträgerinjektion sowie -extraktion als auch auf dem Dielektrikum zur Verbesserung der Performanz der Bauteile eingesetzt werden. Sowohl das Wachstum der aktiven, organischen Schicht als auch das Arrangement der elektronischen Energielevel an der Grenzfläche werden von den Oberflächenmodifikationen maßgeblich beeinflusst. Die Kooperationen mit Instituten aus dem Bereich der organischen Chemie ermöglichen uns das Maßschneidern und gezielte Verändern dieser Oberflächenmodifikationen.

  Schematischer Aufbau eines Self-Assembled-Monolayers Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Schematischer Aufbau eines Self-Assembled-Monolayers (SAMs) zur Beeinflussung elektronischer Eigenschaften.

Sowohl das Wachstum der aktiven, organischen Schicht als auch das Arrangement der elektronischen Energielevel an der Grenzfläche werden von den Oberflächenmodifikationen maßgeblich beeinflusst. Die Kooperationen mit Instituten aus dem Bereich der organischen Chemie ermöglichen uns das Maßschneidern und gezielte Verändern dieser Oberflächenmodifikationen.

 
 

Elektroden mit Durchblick

Die Funktionsweise einer organischen Solarzelle ist abgebildet Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Das Grundprinzip organischer Solarzellen.

In den oben genannten organischen Bauelementen werden Dünnschichten aus Metallen oder durchsichtige Materialien wie transparenten leitfähigen Oxiden (TCOs) als Elektroden für die organischen Schichten deponiert. Diese Elektroden werden entweder thermisch aufgedampft oder gesputtert. Das Wachstum sowie die optischen und elektrischen Eigenschaften der Elektroden werden untersucht und optimiert. Des Weiteren wird der Einfluss der anorganischen Schichten auf die organischen Materialien untersucht. Durch Absorption von Photonen wird ein Exziton erzeugt, welches an der Grenzfläche zwischen Donator und Akzeptor in ein Elektron und ein Loch getrennt wird. Die Ladungsträger wandern zu den Elektroden ermöglichen so die Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Auch bei diesem Prozess ist das Verständnis der Vorgänge an allen Grenzflächen sehr wichtig.

 

Unsere Werkzeuge

Unsere Gruppe nutzt eine Vielzahl von Präparations- und Analysemethoden. Neben der Verwendung von optischen Methoden wie die Fouriertransformierte-Infrarotspektroskopie (FTIR), Photolumineszenz (PL), UV-Vis-Absorbtions- und Transmissionsspektroskopie und spektroskopische Ellipsometrie stehen uns verschiedene konventionelle und moderne Mikroskopiemethoden (z.B. Rasterkraft-Mikroskopie (AFM), Rasterelektronenmikroskopie mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB-SEM)), Messmethoden mit Röntgenstrahlen (z.B. Röntgendiffraktometrie, Röntgenreflektometrie, energiedispersive Röntgenspektroskopie) und elektrische Charaktiersierungsverfahren zur Verfügung. Im ORPHEUS Cluster (s.u.) steht uns außerdem ein XPS/UPS Spektrometer zur Verfügung.

 

Der ORPHEUS Cluster

Bild des ORPHEUS-Clusters mit angeschlossener Glove-Box. Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Das UHV-Cluster-Tool ORPHEUS mit angeschlossener Glove-Box, zwei Verdampferkammern und dem XPS/UPS System.

Der Einsatz unseres hochmodernen UHV(Ultrahochvakuum)-Cluster-Tools ORPHEUS ermöglicht es uns, verschiedenste Produktionsschritte und Untersuchungen in-situ, also ohne die Beeinflussung durch Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit, durchzuführen. ORPHEUS verfügt über eine Glove-Box, OMBD (Organic Molecular Beam Deposition), eine Metallisierungskammer und ein XPS/UPS Spektrometer. In kürze wird der Cluster mit einer Sputterkammer und einem IPES Spektrometer erweitert.