Feldeffekttransistoren auf Basis von amorphen organischen Schichten und selbstassemblierten Mikro- und Nanodrähten

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung neuer Funktionsmaterialien zur Herstellung von OFETs auf Basis von selbstassemblierten Mikro- und Nanodrähten. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf Elektronentransportmaterialien zur Erzeugung von ambipolaren Transistoren gelegt. Als Selbstassemblierungsverfahren wurde das Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre (DUSA) ausgewählt, da sie eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber anderen lösungsmittelbasierten Methoden verfügt. Dadurch dass das Drahtwachstum direkt auf dem gewünschten Substrat stattfindet, können nicht nur ultralange Drähte in gewünschter Konzentration erzeugt werden, es bietet auch die Möglichkeit mit Hilfe von Bottom-Kontakt Transistorsubstraten direkt funktionsfähige Bauteile zu erhalten. Auf diese Weise konnten im Rahmen dieser Arbeit mit verschiedenen, hauptsächlich organischen, Materialien erfolgreich n-leitende und sogar ambipolare Draht-OFETs hergestellt werden. Zur Herstellung von ambipolaren Transistoren stehen zwei Herangehensweisen zur Verfügung: (1) die Kombination eines n-leitenden Materials mit einem p-leitenden Material innerhalb einer Heterostruktur oder (2) die Verwendung eines Materials, das intrinsische Ambipolarität aufweist. Während der zweite Ansatz dem ersten aufgrund der einfacheren Verarbeitung in nur einem Schritt vorzuziehen ist, kann im ersten Fall auf eine wesentlich größere Bandbreite an Materialien zurückgegriffen werden. Für (1) wurden im Zuge dieser Arbeit bekannte n-Leiter wie das C₆₀ Fulleren sowie verschiedene Perylendiimid-Derivate wie SPDI und DFPP als Drahtbildner eingesetzt und mit einer p-leitenden, amorphen Schicht überzogen. Hierfür wurden von Salbeck et al. synthetisierte Spiro-Arylamine, u.a. die bisher unveröffentlichten Verbindungen Spiro-XTTB sowie Spiro-mTTB, verwendet. So gefertigte Heterostruktur-OFETs zeigten einen ausgeglichenen, ambipolaren Ladungstransport mit Beweglichkeiten von bis zu μh = 5,5 x 10-⁴ cm²/ Vs sowie μe = 6,7 x 10-⁴ cm²/Vs. (2) Zur Erzeugung eines ambipolaren Materials, wurden innerhalb der Arbeitsgruppe Salbeck et al. neue Fulleren-Arylamin-Derivate synthetisiert. Die bisher unbekannte Verbindung MeOTAD C₆₀ zeigte unter Anwendung der DUSA mit verschiedenen Lösungsmittelsystemen die Bildung von Mikronadeln. Auf Bottom-Kontakt Substraten zeigen diese Nadeln einen ambipolaren Ladungstransport mit beachtlichen Beweglichkeiten von μe = 2,7 x 10-² cm²/Vs und μh = 1,8 x 10-³ cm²/Vs. Desweiteren wurde im Zuge dieser Arbeit das erste Mal die DUSA-Methode für Komplexverbindungen angewendet. Die von Prof.Weber zur Verfügung gestellten amphiphilen Verbindungen wurden eingehend auf ihre Selbstassemblierungseigenschaften untersucht. Neben Mikrosowie Nanodrähten konnte die seltene Erscheinung eines verdrillten Bandes für die achiraleVerbindung CuL8 beobachtet werden, welche auf eine Verkippung der Moleküle innerhalb der Doppelschicht zurückgeführt wurde. Mit zwei Kupferkomplexen, CuL8 sowie CuL16, konnten Draht-OFETs mit Lochbeweglichkeiten von bis zu μh = 6,0 x 10-⁴ cm²/Vs bzw. μh = 1,1 x 10-⁴ cm²/Vs erzielt werden. Darüber hinaus wurde materialübergreifend der Einfluss des Haftvermittlers HMDS auf das Assemblierungsverhalten zum Einen und auf die OFET-Performance zum Anderen untersucht. Überraschender Weise zeigte die Silanisierung der Oberfläche wenig Auswirkungen auf das Drahtwachstum. In Bezug auf die OFET-Performance zeigte sich ein positiver Einfluss auf unpolare Verbindungen wie die Spiro-Arylamine, SPDI sowie MeOTAD C₆₀, während die HMDSVorbehandlung bei den polaren Verbindungen wie den Kupferkomplexen sowie DFPP zu einer Verschlechterung der Performance führte.