In this research, we used the novel material 9-cyano-10-(2-benzothiazoly1)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro- 1H,5H,11H- benzo[l]pyrano[6,7,8-ij]quinolizin-11-one(RC545T) as a red dopant, which was synthesized from the green dopant material 10-(2-benzothiazoly1)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro- 1H,5H,11H- benzo[l] pyrano[6,7,8-ij]quinolizin-11-one(C545T). First, we used aluminum tris(8-hydroxyquinoline)(Alq3) as a hostmaterial and doped with different concentration of RC545T, with the configuration of ITO(1300Å)/NPB(650Å)/Alq3:x%RC545T(300Å)/Alq3(300Å)/LiF(8Å)/Al(2500Å). We obtained the maximum efficiency at 2% of RC545T. Second, 5,6,11,12-Tetraphenylnaphthacene (rubrene) and RC545T as a co-dopant material were doped into the Alq3 layer. The energy transfer from Alq3 to RC545T was mainly assisted by Rubrene. Therefore, we obtained the luminance yield of 0.54 cd/A under the current density of 20mA/cm2, and the peak emission wavelength at 632nm with a CIExy color coordinate of (0.642,0.347).The improved color purity render RC545T a good red-emitting dopant in OLED application.

Organic single crystals are of particular fundamental interest as tools in probing the intrinsic electrical properties and the upper limit of performance for a given organic semiconducting molecule devoid of disorder. Rubrene single crystals are of particular interest in the field of organic electronics due to the high levels of charge carrier mobilities measured in transistors constructed of the same. In this thesis, we explore the properties of rubrene single crystal transistors. The photocurrent properties of rubrene single crystals are measured in ‘air-gap' transistors whose unique structure allows the measurement of photocarrier dynamics without the influence of a dielectric that can act as a source for traps. This structure has allowed us to identify phenomenon like persistent photoconductivity associated with the creation of oxygen related traps on the rubrene surface. Transient studies of the photocurrent reveal the presence of bimolecular recombination of the charge carriers. In addition, we have also performed optical spectroscopy studies including Raman spectra measurements which revealed the presence of endoperoxide related signature on the surface of the crystal while also confirming the low levels of intermolecular coupling present between the molecules. We have also explored the extrinsic factors that determine the surface conductivity of the rubrene crystal, particularly the presence of oxide related compounds on the surface of the crystal using XPS and photoluminescence measurements. The impact of photo-oxidation of the rubrene crystal on the surface conductivities were evaluated by a novel experiment involving the gradual photo-oxidation of the rubrene surface using a focussed laser. The creation of a deep acceptor state that can trap electrons indicates that the electrical properties of the rubrene surface like high unipolar p-type II conductivity and photoconductivity may be modulated by the presence of these oxygen induced states.

Organic and molecular electronics is a promising field for many applications, particularly flexible electronics, since it allows for the processing of electronic circuits at low temperatures on a variety of different substrates, including flexible sheets. Despite continuous improvements in the charge carrier mobility of both n- and p-type thin-film transistors, the performance of these devices is not yet attractive for commercial applications. A substantial hurdle to the realization of effective organic-based digital circuits is the lack of scalable, reproducible high-charge carrier-mobility organic semiconductors with a low contact resistance and controllable threshold voltage in transistors. The threshold voltage control is required to optimize the performance of digital circuits. Previous approaches used doping or self-assembled monolayers to provide threshold voltage control in organic field-effect transistors (OFETs). However, neither of these methods offers a proper fine-tuning of the threshold voltage or a substantial on/off ratio. Both of these problems have been successfully solved in inorganic electronics by using the concept of remote doping. This doping results in a so-called modulation-doped field-effect transistor (MODFET). Thus, in the first part of this work, we present the concept of remote doping for controlling and fine-tuning the threshold voltage without compromising charge carrier mobility by using a hole-type conduction architecture at the junction between two organic semiconductors. The second part of this work is dedicated to developing, fabricating, and characterizing high-mobility single and polycrystalline rubrene OFETs by using scalable growth methods. Finally, in the last part, we apply the knowledge gained from the first two parts and design digital circuits of rubrene OFETs aiming for high-frequency applications.

Diese Dissertation stellt die erste Anwendung des magneto-optischen Kerr Effektes (MOKE) auf ferromagnetische Metall/Organische Heterostrukturen zur Aufklärung der optischen und chemischen Eigenschaften dar. Die MOKE-Untersuchungen wurden spektroskopisch in einem Energiebereich von 1.7 eV bis 5.5 eV durchgeführt. Heterostrukturen, wie sie hier untersucht werden, sind relevant für Anwendungen in der organischen Spintronik. Die Auswertung der Experimentellen Daten wird unterstützt durch numerische Simulationen eines Schichtmodells und ergänzende Untersuchung der strukturellen und magnetischen Eigenschaften unter Zuhilfenahme von AFM, TEM, SEM, STXM und SQUID-Magnetometrie. In der aktuellen Arbeit wurde Ni als Beispiel einer ferromagnetischen Schicht oberhalb oder unterhalb des organischen Films verwendet. Die organische Schicht besteht jeweils aus den diamagnetischen Molekülen Rubren, Pentacen und Fulleren, welche nur ein vernachlässigbares MOKE-Signal aufweisen. Zum Vergleich wurden das metallfreie Phtalocyanin H2Pc, welche ein nur eine bis zwei Größenordnungen schwächeres MOKE Signal als das genutzte Ni zeigen, betrachtet. Selbst Moleküle, welche kein intrinsisches MOKE-Signal zeigen, können über die optische Interferenz Einfluss auf das MOKE Signal von Ni nehmen. Daher kann die Dicke der organischen Schicht genutzt werden, um den Verlauf des MOKE Spektrum zu kontrollieren. Dies wird für Rubren und C60 gezeigt. Beim Vergleich des MOKE-Spektrums von Rubren/Ni- und Ni/Rubren-Doppelschichten war es möglich zu zeigen, dass die Metallablagerung an der Oberfläche einen Versiegelungseffekt hat, welcher die Oxidation der organischen Unterschicht verlangsamt. AFM und TEM Messungen zeigen, dass Ni die Morphologie der unteren Rubrenschicht annimmt. Die Proben, die mit einer geringen Wachstumsrate von Rubren hergestellt wurden, weisen bei einer nominellen Schichtdicke von 15 nm klar geformte Rubren-Inseln mit großen Abständen zwischen ihnen auf. In diesen Fällen zeigte die magnetische Hysteresemessung von MOKE bei Raumtemperatur eine unterschiedliche Gestalt in Abhängigkeit von der Photonenenergie. Die Hystereseschleifen wurden durch die Präsenz zweier magnetischer Phasen interpretiert. Die MOKE-Spektren dieser beiden Phasen wurden aus dem experimentellen Spektrum separiert. Die Gestalt des gemessenen Spektrums ändert sich mit der Stärke des angelegten Feldes aufgrund der unterschiedlichen Beiträge der zwei Phasen. An den ferromagnetischen Metall/organischen Schichten wurde TEM angewendet, um die Größe der Metallpartikel zu bestimmen, sowie STXM um die Orientierung der organischen Moleküle festzustellen. Die Schichtdicke, das Massenverhältnis sowie die Wechselwirkung zwischen Metall und organischen Material beeinflussen nachweislich das MOKE Signal.

Diese Dissertation stellt die erste Anwendung des magneto-optischen Kerr Effektes (MOKE) auf ferromagnetische Metall/Organische Heterostrukturen zur Aufklärung der optischen und chemischen Eigenschaften dar. Die MOKE-Untersuchungen wurden spektroskopisch in einem Energiebereich von 1.7 eV bis 5.5 eV durchgeführt. Heterostrukturen, wie sie hier untersucht werden, sind relevant für Anwendungen in der organischen Spintronik. Die Auswertung der Experimentellen Daten wird unterstützt durch numerische Simulationen eines Schichtmodells und ergänzende Untersuchung der strukturellen und magnetischen Eigenschaften unter Zuhilfenahme von AFM, TEM, SEM, STXM und SQUID-Magnetometrie. In der aktuellen Arbeit wurde Ni als Beispiel einer ferromagnetischen Schicht oberhalb oder unterhalb des organischen Films verwendet. Die organische Schicht besteht jeweils aus den diamagnetischen Molekülen Rubren, Pentacen und Fulleren, welche nur ein vernachlässigbares MOKE-Signal aufweisen. Zum Vergleich wurden das metallfreie Phtalocyanin H2Pc, welche ein nur eine bis zwei Größenordnungen schwächeres MOKE Signal als das genutzte Ni zeigen, betrachtet. Selbst Moleküle, welche kein intrinsisches MOKE-Signal zeigen, können über die optische Interferenz Einfluss auf das MOKE Signal von Ni nehmen. Daher kann die Dicke der organischen Schicht genutzt werden, um den Verlauf des MOKE Spektrum zu kontrollieren. Dies wird für Rubren und C60 gezeigt. Beim Vergleich des MOKE-Spektrums von Rubren/Ni- und Ni/Rubren-Doppelschichten war es möglich zu zeigen, dass die Metallablagerung an der Oberfläche einen Versiegelungseffekt hat, welcher die Oxidation der organischen Unterschicht verlangsamt. AFM und TEM Messungen zeigen, dass Ni die Morphologie der unteren Rubrenschicht annimmt. Die Proben, die mit einer geringen Wachstumsrate von Rubren hergestellt wurden, weisen bei einer nominellen Schichtdicke von 15 nm klar geformte Rubren-Inseln mit großen Abständen zwischen ihnen auf. In diesen Fällen zeigte die magnetische Hysteresemessung von MOKE bei Raumtemperatur eine unterschiedliche Gestalt in Abhängigkeit von der Photonenenergie. Die Hystereseschleifen wurden durch die Präsenz zweier magnetischer Phasen interpretiert. Die MOKE-Spektren dieser beiden Phasen wurden aus dem experimentellen Spektrum separiert. Die Gestalt des gemessenen Spektrums ändert sich mit der Stärke des angelegten Feldes aufgrund der unterschiedlichen Beiträge der zwei Phasen. An den ferromagnetischen Metall/organischen Schichten wurde TEM angewendet, um die Größe der Metallpartikel zu bestimmen, sowie STXM um die Orientierung der organischen Moleküle festzustellen. Die Schichtdicke, das Massenverhältnis sowie die Wechselwirkung zwischen Metall und organischen Material beeinflussen nachweislich das MOKE Signal.