Einfluss von Struktur, Morphologie und Kontakteinstellung auf die halbleitenden Eigenschaften von perfluoriertem Phthalocyaninatokupfer in organischen Feldeffekttransistoren

Abstract

In dieser Arbeit werden Untersuchungen an organischen Dünnfilmen aus perfluoriertem Phthalocyaninatokupfer (F16PcCu) als n-leitendes Halbleitermaterial diskutiert. Dafür wurde F16PcCu auf Feldeffekttransistorstrukturen (FET) basierend auf Si/SiO2 abgeschieden, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wurden. Die Stabilität solcher FETs konnte an Luft auch noch nach vier Wochen nachgewiesen werden. Schichtdickenabhängige elektrische Messungen zeigten ein Maximum in der Leitfähigkeit bei einer Filmdicke, bei der auch die Ladungsträgerbeweglichkeit mu ihren maximalen Wert erreicht. Schon ultradünne Filme (< 3 nm) zeigten ein ausgeprägtes Feldeffektverhalten. Parallel durchgeführte optische Absorptionsmessungen zeigten innerhalb der ersten Monolagen die beta_bilayer-Struktur für F16PcCu und einen Strukturwechsel in die beta-Struktur für dickere Filme. Rasterkraftmikroskopie an F16PcCu Oberflächen zeigte ein Lagenwachstum für sehr dünne Filme, welches für dickere Filme in ein Inselwachstum überging. Anhand der beschriebenen Experimente wird geschlussfolgert, dass die ersten Monolagen an der Grenzfläche zwischen Dielektrikum und Halbleiter bestehend aus der beta_bilayer- Struktur eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit gegenüber den darauf aufwachsenden Inseln aus der beta-Struktur aufweisen. Für die Beschreibung der Bauteileigenschaften und die Berechnung von mu, werden strukturelle Defekte und Kontaktwiderstände sowie Injektionsbarrieren diskutiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass ein nichtlinearer Verlauf der Ausgangskennlinie durch Ladungsträgerinjektionsbarrieren hervorgerufen wird und es ohne deren Berücksichtigung zu fehlerhaften Berechnungen von mu kommt. Im Hinblick auf zukünftige Bauteile wurden auch Polymere als Gate-Dielektrikum in FETs sowie transparente und flexible Substrate untersucht.