.Aujourd’hui, la course à la miniaturisation a engendré de nouveaux défis dans l’industrie microélectronique. En plus de la forte concurrence que subissent les fabricants de composants, de nouvelles contraintes liées à la fiabilité des dispositifs se sont imposées. En effet, le passage d’une technologie « tout silicium » relativement simple à une technologie high-k/grille métal plus complexe, a entrainé une forte réduction des marges de fiabilité des oxydes de grille. A ce titre, Il est devenu nécessaire d’investiguer de nouvelles approches pouvant offrir davantage de gain en durée de vie pour les transistors MOS. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse. Dans un premier temps, une présentation des différentes méthodes de caractérisations adaptées à l’étude du vieillissement des dispositifs high-k à grille métallique est faite. Dans ce cadre, des techniques de mesures rapides (type FAST BTI) sont mises en place et adaptée à l’étude du claquage d’oxyde. Ensuite, afin de démontrer que les durées de vie estimées aujourd’hui sont pessimistes, une étude de fiabilité portant sur la compréhension et la modélisation du mécanisme de TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) sur les technologies avancées à base d’oxyde IL/high-k est présentée. Enfin, le manuscrit se focalise sur un certain nombre d’axes de travail qui pourraient permettre de dégager une marge significative sur la durée de vie TDDB. / .Today, in the race for miniaturization, the microelectronics industry faces new challenges. In addition to the strong competition of other component manufacturers, new constraints related to the reliability of devices have emerged. Indeed, the transition from the "all silicon" technology relatively simple to the high-k/metal gate technology has generated a reduction in reliability margins of gate oxides. As such, it becomes necessary to investigate new approaches that can provide more gain in lifetime for the MOS transistors. In this respect, this work gives firstly an overview of different methods of characterization used for the study of aging high-k metal gate devices. In this context, the need to develop and implement new fast techniques essential to the study of the oxide breakdown is exposed. Afterwards, in order to show that the estimated lifetimes today are pessimistic, we presented a reliability study based on understanding and modeling the mechanism of TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) on advanced high-k/metal gate stacks based technology. Finally, the manuscript focuses on a number of investigation areas that could provide a significant margin for the TDDB lifetime.

Pas de résumé en français seulement en anglais / The emergence of organic electronics – a technology that relies on carbon-based semiconductors to deliver devices with unique properties – represents one of the most dramatic developments of the past two decades. A rapidly emerging new direction in the field involves the interface with biology. The “soft” nature of organics offers better mechanical compatibility with tissue than traditional electronic materials, while their natural compatibility with mechanically flexible substrates suits the non-planar form factors often required for implants. More importantly, their ability to conduct ions in addition to electrons and holes opens up a new communication channel with biology. The coupling of electronics with living tissue holds the key to a variety of important life-enhancing technologies. One example is bioelectronic implants that record neural signals and/or electrically stimulate neurons. These devices offer unique opportunities to understand and treat conditions such as hearing and vision loss, epilepsy, brain degenerative diseases, and spinal cord injury.The engineering aspect of the work includes the development of a photolithographic process to integrate the conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene: poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) with parylene C supports to make an active device. The technology is used to fabricate electrocorticography (ECoG) probes, high-speed transistors and wearable biosensors. The experimental work explores the fundamentals of communication at the interface between conducting polymers and the brain. It is shown that conducting polymers outperform conventional metallic electrodes for brain signals recording.Organic electrochemical transistors (OECTs) represent a step beyond conducting polymer electrodes. They consist of a conducting polymer channel in contact with an electrolyte. When a gate electrode excites an ionic current in the electrolyte, ions enter the polymer film and change its conductivity. Since a small amount of ions can effectively “block” the transistor channel, these devices offer significant amplification in ion-to-electron transduction. Using the developed technology a high-speed and high-density OECTs array is presented. The dense architecture of the array improves the resolution of the recording from neural networks and the transistors temporal response are 100 μs, significantly faster than the action potential. The experimental transistor responses are fit and modeled in order to optimize the gain of the transistor. Using the model, an OECT with two orders of magnitude higher normalized transconductance per channel width is fabricated as compared to Silicon-based field effect transistors. Furthermore, the OECTs are integrated to a highly conformable ECoG probe. This is the first time that a transistor is used to record brain activities in vivo. It shows a far superior signal-to-noise-ratio (SNR) compare to electrodes. The high SNR of the OECT recordings enables the observation of activities from the surface of the brain that only a perpetrating probe can record. Finally, the application of OECTs for biosensing is explored. The bulk of the currently available biosensors often require complex liquid handling, and thus suffer from problems associated with leakage and contamination. The use of an organic electrochemical transistor for detection of lactate by integration of a room temperature ionic liquid in a gel-format, as a solid-state electrolyte is demonstrated.

Grâce à leurs excellentes propriétés mécaniques, électriques et chimiques, les dispositifs organiques électroniques à base de polymères conducteurs peuvent résoudre l’incompatibilité entre les modules électroniques rigides en silicone et les exigences des tissus mous qui constituent l’environnement biologique. Les avancées en matière de semiconducteurs organiques et en microélectronique ont donné naissance à la bioélectronique. Cette discipline emploie des capteurs à des fins diagnostiques, telles que la détection des métabolites ou la mesure d’un potentiel d’action neuronal, et des actionneurs à des fins thérapeutiques, comme l’application locale d’un traitement à l’intérieur même du corps, ou la stimulation cérébrale profonde afin de guérir un trouble neurologique. En bioélectronique, l’utilisation de matériaux organiques, tels que le polymère conducteur poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate de sodium (PEDOT:PSS) a permis de développer des composants électroniques biomédicaux de qualité exceptionnelle, comme par exemple le transistor organique électrochimique (OECT), qui ont été testés in vitro et in vivo. Ce manuscrit explique en détail la fabrication, la fonctionnalisation et la caractérisation du OECT à base de PEDOT:PSS. Afin de pouvoir intégrer ce capteur à des systèmes de mesure biomédicaux déjà établis, l’OECT est intégré à des circuits simples, tels qu’un amplificateur de tension ou un pont de Wheatstone. Ces circuits sont mis à l’épreuve de la pratique clinique, dans le cas de mesures électrocardiographiques, ou de détection de métabolites dans des cellules cancéreuses. Cela permet d’apprécier à la fois leur applicabilité, et leurs limites. / Due to their outstanding mechanical, electrical and chemical properties, organic electronic devices based on conducting polymers can bridge the gap between the rigid silicon based read-out electronics and the soft biological environment and will have a huge impact on the medical healthcare sector. The recent advances in the field of organic semiconductors and microelectronics gave rise to a new discipline termed bioelectronics. This discipline deals with sensors for diagnostic purposes, ranging from metabolite detection and DNA recognition all the way to single neuronal firing events, and actuators for therapeutic purposes, through for example active local drug delivery inside the body or deep brain stimulation to cure neurological disorder. The use of organic materials such as the conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) in the field of bioelectronics has brought about a variety of outstanding electronic biomedical devices, such as the organic electrochemical transistor (OECT), that have been implemented for both in vitro and in vivo applications. The present manuscript gives a detailed explanation of the fabrication, functionalization and characterization of OECTs based on PEDOT:PSS. To be able to intercept this sensor element with traditional biomedical recording systems, the OECT is implemented into simple circuit layouts such as a voltage amplifier or a Wheatstone bridge. These sensor circuits are then applied to real-life biomedical challenges, such as electrocardiographic recordings or metabolite detection in tumor cell cultures, to demonstrate their applicability as well as their limitations.

Ce manuscrit porte sur la conception d’un transistor à effet de champ destiné à l’observation de la photoluminescence de l’exciton et des complexes excitoniques chargés du ZnO sous l’influence d’un champ électrique. Pour cela, des simulations ont permis de définir un cahier des charges de la structure du transistor afin de bloquer la conductivité dans le canal de ZnO et d’appliquer un champ électrique intense. La seconde partie concerne le choix du matériau de grille et de l’électrode transparente de surface pour l’observation de la photoluminescence dans le canal. L’oxyde de gallium (-Ga2O3) a été choisi car il présente un grand gap, des propriétés d’isolant et de semi-conducteur avec dopage. Cependant les films de Ga2O3 dopés avec Ti, Sn, Zn et Mg élaborés par MOCVD n’ont pas révélé de conductivité. Les films d’alliages (Ga,Sn)2O3 n’ont pas non plus montré de conductivité et leur structure est étudiée intensivement. Des traitements plasma radiofréquence sous flux d’argon, d’oxygène ou d’hydrogène ont permis de montrer que l’implantation de l’hydrogène donne lieu à un niveau donneur avec une énergie d’activation de 7 meV. La conductivité est toutefois modulée par le dopage en Sn et les traitements s’accompagnent d’un changement de la sous-stœchiométrie en oxygène qui diminue la transparence à cause de la formation de niveau profond de lacune d’oxygène. La structure finale de la grille transparente dans l’ultraviolet pour l’observation de la photoluminescence du ZnO peut donc être élaborée par une grille diélectrique de -Ga2O3 puis une électrode conductrice transparente de (Ga,Sn)2O3 traitée superficiellement par un plasma d’hydrogène. / This manuscript covers the design of a field transistor for the observation of photoluminescence of the exciton and the charged excitonic complex of ZnO under the influence of an electric field. For this, simulations have helped to define the specifications of the transistor structure to block the conductivity in the ZnO channel and applying a strong electric field. The second part concerns the choice of gate material and the surface transparent electrode for the observation of photoluminescence in the channel. The gallium oxide (-Ga2O3) was chosen because it has a large gap, insulating properties and semiconductor properties with doping. However, Ga2O3 films doped with Ti, Sn, Zn and Mg MOCVD did not show conductivity. Films of alloys (Ga,Sn)2O3 have not shown either conductivity and their structure is studied intensively. Radio frequency plasma treatment under a flux of argon, oxygen or hydrogen have shown that implantation of hydrogen gives rise to a donor level with 7 meV activation energy. However, the conductivity is modulated by doping Sn and treatments are accompanied by a change of sub-stoichiometry in oxygen, which reduces the transparency due to the formation of deep level of oxygen vacancy. The final structure of the transparent gate in the ultraviolet for the observation of photoluminescence of ZnO can be prepared by a dielectric gate -Ga2O3 and a transparent conductive electrode of (Ga,Sn)2O3 surface treated by a plasma of hydrogen.

Nesta dissertação é apresentado o estudo dos transistores de porta flutuante (Floating Gate Transistor - FG Transistor), sua modelagem, e a análise do efeito da dose de ionização total (Total Ionizing Dose- TID) sobre os transistores FG. Para isto foi procurado e implementado um modelo de simulação elétrica do transistor FG em condições de leitura (análise DC), baseado no cálculo quantitativo da tensão na porta flutuante em função das tensões nos terminais do transistor, no valor de carga armazenado na porta flutuante e nos coeficientes de acoplamento capacitivo que apresentam este tipo de dispositivos. Para a análise do efeito TID, a tensão limiar do transistor MOS foi variada usando o método de simulação Monte Carlo, tendo em conta as variações da tensão limiar que apresentam os transistores FG submetidos na radiação ionizante. O estudo obteve como resultado a confirmação da perda de carga do FG à medida que é incrementada a dose de radiação, o que implica uma alteração na característica de retenção de carga que caracteriza as células de memórias não voláteis (Non Volatile Memory - NVM). / In this dissertation work, a study of the the floating gate Transistor (FG transistor) performed. The focus in the electrical modeling, and the analysis of the impact of the Total Ionizing Dose (TID) on the electrical performance of the device. Aiming electrical level simulation, different electric simulation models for the FG transistor in read conditions (DC analysis) were evaluated and the model best suited for implementation into the simulation tool was selected. The selected model is based on Floating Gate voltage calculation as a function of polarization voltage of the FG transistor terminals, the stored charge value in the Floating Gate and the capacitive coupling coefficient presented by this device. For the TID analysis the threshold voltage of the MOS transistor was shifted by means of a Monte Carlo simulation method, considering the threshold voltage variations when the FG transistor is subjected to the ionizing radiation.The analysis lead to the confirmation that the loss charge stored in the FG increases with the radiation dose, affecting the retention characteristics of the memory cells.

Aujourd'hui les circuits intégrés commerciaux sont de plus en plus utilisés dans les satellites de télécommunication ou d'observation. En effet les contraintes économiques imposent l'usage de circuits non durcis aux radiations. Ceci, associé au fait que la technologie évolue entrainant une baisse de consommation et donc une diminution des marges de susceptibilité électromagnétique, les rendent plus sensibles à la fois aux interférences électromagnétiques et à la dose ionisante. Cet ensemble met en péril la mission des satellites. Ce travail de thèse est donc précurseur dans le domaine de la fiabilité combinée vis à vis de la dose ionisante et des signaux hautes fréquences (HF) sur des transistors bipolaires destinés aux applications basse fréquence. Nous avons tout d'abord observé la modification du comportement d'un transistor bipolaire discret lorsqu'il est soumis à une agression sinusoïdale continue (CW) dans la gamme 100 MHz - 5 GHz. Cette forme de signal nous a permis d'observer la réponse du transistor dans un régime établi. Il est important de noter que cette modification du comportement a lieu même pour des fréquences du signal d'interférence assez éloignées de la gamme de fréquence de fonctionnement du transistor. Nous avons pu alors mettre en évidence les différents mécanismes physiques mis en jeu. Ensuite nous avons étudié l'influence de différents paramètres : fréquence et puissance du signal d'interférence, boîtier du transistor, valeurs des éléments du circuit de polarisation, sur la réponse du transistor soumis à l'agression CW. Un critère simple permettant de prévoir le comportement du transistor sous agression CW est proposé. Nous avons ensuite étudié l'influence de la dose ionisante sur le comportement du transistor sous agression CW. Après avoir observé la modification du comportement statique du transistor suite à l'irradiation avec une source de cobalt 60, nous avons analysé l'évolution des grandeurs électriques du transistor sous agression HF, pour différentes valeurs de doses totales déposées. Nous avons donc pu monter que la dose ionisante influence effectivement le comportement du transistor sous agression. Enfin, nous avons soumis le transistor à une autre forme d'agression haute fréquence : un signal sinusoïdal modulé par un signal impulsionnel. Grâce à ce type de signal, nous avons pu faire une analyse du comportement transitoire du transistor, et mettre en évidence l'importance des capacités, à la fois internes et externes au composant. Ici encore la dose ionisante influence les comportements. / Nowadays, economic constraints push space and aeronautical industries to use Commercial Off The Shelf (COTS) components, even though natural space environment constitutes a real challenge for electronic reliability due to ionizing particles. In addition to this problem, technological advancements lead to a decrease in device consumption inducing smaller electromagnetic susceptibility margins. Hence, integrated circuits are more sensitive to both Electromagnetic Interferences (EMI) and ionizing dose, which may threaten satellite missions. This thesis reveals precursor work in the field of combined ionizing dose and high frequency (HF) interferences on bipolar transistors designed for low frequency applications. Classical discrete low frequency bipolar transistors biased at integrated-circuit level of currents are put under study. A change of the voltage output when the device is subject to a continuous sine aggression (CW) in the range 100 MHz - 5 GHz is observed. This CW waveform allows an analysis of the response of the transistor in a steady state. It is important to note that the change in behavior of the transistor occurs even for interference frequency bands way higher than the operating frequencies of the device. We identified the different physical mechanisms involved during high frequency interference injection: rectification and current crowding. Then we studied the influence on the behavior under interference of different parameters: frequency and power of the interference signal, low frequency and RF frequency package of the transistor, values of elements of the bias circuit. A simple criterion to predict the way of change in the output voltage of the transistor is proposed. The same experiments were conducted on the transistors irradiated with a cobalt 60 source. We highlighted the importance for high-frequency susceptibility of the change induced by ionizing dose near the emitter base junction. Hence the susceptibility must be considered for different bias operations for different ionizing dose rates. Finally, our interest focused on another type of HF interference: a sine wave modulated by a pulse signal. With this type of signal, the transient behavior of the transistor under interference is analyzed. It highlights the importance of internal and external capacitances of the device on its response. Here again ionizing dose influences the electromagnetic susceptibility of the transistor.

Since the first commercial silicon carbide (SiC) transistor was released, the interest in SiC has grown exponentially [1]. The wide energy band gap, high critical electric field and thermal conductivity of silicon carbide allow it to withstand higher voltage/current gains than conventional semiconductor materials [2]. The electrical properties of SiC enable integrated devices and circuits to operate at higher voltages and temperatures. One of the most attractive applications for SiC is in inverters for photovoltaic systems, where switching time is of great importance. This thesis presents the study of two bipolar junction transistors (BJT), FSICBH15A120 of SiC and BUV48A of conventional silicon (Si). The transistors were simulated and validated experimentally, then tested in a DC/AC pv inverter with a polycrystalline solar module of 36 solar cells as power source. The simulation results showed high efficiency and low power losses. / Sedan den första kommersiella transistorn av kiselkarbid (SiC) släpptes har intresset för SiC ökat exponentiellt [1]. Det breda energibandgapet, höga kritisk elektriska fältstyrkan och termiska ledningsförmågan i SiC gör att den klarar en högre kombination av spänning/strömförstärkning än konventionella halvledarmaterial [2]. De elektriska egenskaperna av SiC gör det möjligt för integrerade komponenter och kretsar att arbeta i högre spänningar och temperaturer. Ett av de största användningsområdena för SiC är i växelriktare för solceller, där switch-tid har stor betydelse. I detta examensarbete presenteras studien av två bipolära transistorer (BJT), FSICBH15A120 av SiC och BUV48A av konventionellt kisel (Si). Transistorerna simulerades och valideras experimentellt, och slutligen jämfördes med varandra i en DC/AC-omvandlare med en polykristallin solpanel av 36 solceller som strömkälla. Hög verkningsgrad och låga energiförluster påvisades.

Les composants de puissance à base de GaN sont connus par l’instabilité de leurs caractéristiques électriques, en particulier la tension de seuil et la résistance à l'état passant. Cela est dû aux effets des mécanismes de piégeage/de-piégeage des charges dans la structure. Le travail présenté dans ce mémoire se compose de deux grandes parties. Dans un premier temps, nous mettons en évidence l’effet d’un certain nombre de paramètres de commutation sur l'évolution de la résistance dynamique avec des cycles de commutation successifs. Nous analysons, en particulier, l’effet de la tension au blocage, la fréquence de commutation et la température sur l'évolution de la résistance dynamique. Dans un deuxième temps, nous présentons les résultats des essais de cyclage de puissance effectués en utilisant 80K de variation de température de jonction sur des puces de puissance MOS-HEMT Al2O3/AlGaN/GaN Normally-On. Ensuite, nous réalisons des caractérisations de pièges, basées sur des analyses de mesures de courants transitoires pendant le processus de vieillissement. Les résultats montrent qu’une dégradation irréversible affecte la tension de seuil avec une dérive vers des valeurs négatives. Ces dérives sont principalement attribuables au piégeage cumulatif avec des cycles de puissance, probablement induits par des électrons chauds, d’une manière progressive et non récupérable. / Power components based on GaN are known by the instability of their electrical characteristics, in particular the threshold voltage and the on-state resistance. This is due to the effects of trapping/de-trapping mechanisms in the structure. The work presented in this memoir consists of two main parts. At the first step, we highlight the effect of a number of switching parameters on the evolution of the dynamic resistance with successive switching cycles. In particular, we analyze the effect of blocking voltage, switching frequency and temperature on the evolution of dynamic resistance. In a second step, we present the results of power cycling tests performed using 80K of junction temperature swing on Normally-ON Al2O3/AlGaN/GaN MOS-HEMTs. Then, we perform trap characterizations, based on the analyses of transient current measurements, during the aging process. The results show that irreversible degradation affects threshold voltage with drift to negative values. These drifts were mainly attributed to cumulative trapping with power cycles, probably induced by hot electrons, in a progressive and non-recoverable way.

Une forte exigence de robustesse s’est imposée dans tous les domaines d’application des composants de puissance. Dans ce cadre très contraint, seule une analyse fine des phénomènes liés directement ou indirectement aux défaillances peut garantir une maîtrise de la fiabilité des fonctions assurées par les nouveaux composants de puissance. Cependant, ces phénomènes impliquent des couplages entre des effets électriques, thermiques et mécaniques, rendant leur étude très complexe. Le recours à la modélisation multi-physique bien adaptée s’avère alors déterminant. Dans ce mémoire de thèse, nous proposons une méthodologie de modélisation électrique prenant en compte les effets de la température sur les phénomènes localisés qui initient une défaillance souvent fatale. En prévision de la simulation électrothermique couplée impliquant des transistors MOS de puissance, un modèle électrique thermosensible de ce composant et de sa diode structurelle a été développé. Corrélativement un ensemble de bancs expérimentaux a été mis en œuvre pour l’extraction des paramètres et pour la validation du modèle. Une attention particulière a été accordée à l’étude des phénomènes parasites qui pourraient survenir de manière très localisée suite à une répartition inhomogène de la température et à l’apparition de points chauds. Ainsi les fonctionnements limites en avalanche, avec le déclenchement du transistor bipolaire parasite et de son retournement ont été modélisés. Des bancs spécifiques pour la validation du modèle pour les régimes extrêmes ont été utilisés en prenant des précautions liées à la haute température. Enfin, Le modèle électrique thermosensible complet développé a été utilisé par la société Epsilon ingénierie pour faire des simulations électrothermiques du MOS de puissance en mode d’avalanche en adaptant le logiciel Epsilon-R3D / Strong demand for robustness has emerged in all areas of application of power components.Only a detailed analysis of phenomena related directly or indirectly to failures can ensure thereliability of the functions of the new power components. However, these phenomena involvethe coupling between electrical effects, thermal and mechanical, making their study verycomplex. The use of multi-physics modeling is well suited when determining. In this thesis,we propose a methodology for electrical modeling taking into account the effects of temperatureon the localized phenomena that initiate failure is often fatal. In preparation for thecoupled electro-thermal simulation involving MOS power transistors, an electric thermosensitivemodel of the MOS and its body diode has been developed. Correspondingly a set ofexperimental studies was implemented to extract the parameters and model validation. Particularattention was paid to the study of interference phenomena that could occur in a localizedresponse to an inhomogeneous distribution of temperature and hot spots. Thus the workingslimits avalanche, with the outbreak of parasitic bipolar transistor (snapback) and its reversalwere modeled. Benches specific validations of the model for harsh switching conditions wereused by taking precautions related to high temperature. Finally, the complete thermal electricmodel developed was used by the company “EPSILON Ingénierie” for electro-thermal simulationof power MOS mode Avalanche Software adapting Epsilon-R3D.

Das Hauptziel dieser Arbeit war ursprünglich die Umsetzung des Konzeptes des Bipolartransistors mit organischen Halbleitern. Obwohl dieses elektronische Bauteil eine Grundfeste klassischer Elektronik darstellt, war es bislang nicht möglich Stromverstärkung mit organischen Halbleitern nachzuweisen. Das Prinzip des Bipolartransistors ist eng verknüpft mit der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger. Aufgrund der amorphen Struktur typischer organischer Materialien, sind Diffusionsprozesse in der Regel stark unterdrückt. Eine mögliche Lösung sind organische Halbleiterkristalle, welche aufgrund ihrer Ordnung signifikant längere Diffusionslängen gewährleisten sollten. Der erste Teil dieser Arbeit untersucht Wachstumsmethoden unterschiedlicher Kristallkonfiguration des Halbleiters Rubrene in Dünnschichtform. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf dem Einfluss von Dotierung auf den Kristallisationsprozess. Drei der Kristallphasen werden auf optimale Reproduzierbarkeit optimiert und umfangreich mit strukturellen Methoden untersucht. Die Strukturanalyse wird erweitert durch Untersuchungen des vertikalen Leitungsverhaltens der unterschiedlichen Kristallphasen in reiner, lochdotierter und elektronendotierter Form. Dünne Schichten aus Rubrene in der triklinen Kristallform zeigen hierbei Rekordwerte für die vertikale Beweglichkeit. Der zweite Teil dieser Arbeit untersucht elektronische Bauelemente basierend auf diesen Kristallen. Zunächst werden organische Schottky, pn und pin Dioden analysiert sowie der Einfluss der einzelnen Schichten auf die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente. Als eine mögliche Anwendung dieser Dioden werden Halbwellengleichrichter untersucht, welche im Bereich über 1 GHz operieren können. Diese stellen somit die zur Zeit schnellsten organischen Halbleiterbauelemente dar. Des Weiteren werden organische Feldeffekttransistoren in lateraler und vertikaler Ausführung untersucht, um den Nutzen dieser Kristallschichten für moderne Transistorkonzepte zu verdeutlichen. Schlussendlich werden Konzepte zur Realisierung eines organischen Bipolartransistors untersucht. Darauf basierend wird das erste Bauelement dieser Art vorgestellt, welche funktionierende Stromverstärkung zeigt. Dies stellt den ersten Schritt in der Untersuchung einer neuen Klasse an organischen Bauelementen dar. Des Weiteren bietet es neue Möglichkeiten der Untersuchung fundamentaler Eigenschaften, im Speziellen im Bezug auf Minoritätsladungsträgerdiffusion. / The main motivation of this thesis was originally the realization of the Organic Bipolar Junction Transistor (OBJT), an electronic device that has not been shown in literature yet. Its functionality is intimately tied to minority charge carrier diffusion. However, diffusion lengths are usually low in amorphous organic semiconductors. Thus, methods regarding the growth and doping of thin-flms of crystalline rubrene crystals are investigated. The higher degree of order provided by crystals makes longer diffusion lengths possible. The first part of this thesis studies the growth of different crystal polymorphs of rubrene on various substrates and changing conditions, including the infuence of doping on the growth process. Three crystal phases are optimized for reproducible processing and investigated via structural measurements. The analysis of the crystal properties is followed up by a study of vertical conduction properties of pristine, p-doped, and n-doped crystals. All three types of crystals are successfully doped. The analysis reveals record-high vertical charge carrier mobilities for the triclinic polymorph of the thin-film form of rubrene. The second part of this thesis presents electronic devices based on these layers. At first, organic Schottky, pn, and pin diodes are discussed, including the influence of the individual layers on the electric properties. As an exemplary application, half-wave rectifier operating in the GHz-regime are studied, representing the fastest organic electronic device to date. Furthermore, Organic Field-Effect Transistors (OFETs) and Vertical Organic Field-Effect Transistors (VOFETs) based on these crystalline thin-őlms are made, showing promising properties in the field of vertical transistor designs. The last chapter presents investigations of several designs, stacks, and geometries regarding OBJTs. The worlds first functioning OBJT is developed, showing ampliőcation of the input-current. It is the őrst step towards an entirely new class of organic devices, offering not only new technological opportunities but new aspects of physics in regard to minority carrier diffusion as well. / Hłowny zaměr tutoho doktorskeho dzěła je realizacija prěnjeho bipolarneho transistora na zakładźe organiskich połwodźakow. Byrnjež je tuta komponenta jedna z najwažnišich a najstaršich w polu klasiskeje elektroniki, njeběše hač dotal móžno priběranje sylnosće na zakładźe milinoweho pruda pokazać. Princip bipolarneho transistora je wusko zwjazany z konceptom diffuzije minoritnych nabitkow. Organiske materialije su zwjetša amorfne, štož na difuziju bazowace procesy potłóči. Problem hodźi so rozrisać hdyž so wužija organiske połwodźace kristale kotřiž jich wjetšeho porjada dla, dlěšu difuziju zmóžnja. Prěni dźěl dźěła wopisa wšelakore konőguracije kristalow organiskeho połwodźa-ka rubren w formje ćenkich worštow. Wosebity fokus leži při tym na dotěrowanju kristalow a wliw dotanta na kristalizaciju. Tři wuzwolene polymorfy so op-timěruja a wobšěrnje strukturelnje přepytuja. Dale so elektriske kajkosće wšěch třoch kristalnych fazow přepytuja na zakładźe intrinsiskich, p-dotěrowanych a n-dotěrowanych kristalow. Trikliniske kristale pokazuja rekordne hódnoty za wertikalnu pohibliwosć. Druhi dźěl wobjednawa elektroniske komponenty na bazy tutych kristalow.Schottky, pn a pin diody na zakładźe rubrena so prezentuja, kaž tež wliw jed-notliwych worštow na elektriske kajkosče. Jako prikład so jednore wusměrjaki pokazaja, kotřriž hodźa we wobłuku ultra-wysokich frekwencow nałožować. Potajkim jedna so wo najspěšniše organiske komponenty po nětcišim stawje wedomosće. Dale so organiske transistory na bazy pólneho efekta přepytuja, kotřiž pokazaja hódnosć tutych worštow za elektroniske komponenty kotřiž wužija lateralny a wertikalny transport zromadnje. Posledni dźěl wobjednawa eksperimenty na polu organiskich bipolarnych transistorow. Wopisa so prěni organiski elektroniski element, kiž pokaza posylnjenje signala na zakładźe miliny. Je to prěni krok přepytowanja noweje klasy organiskeje elektroniki, kiž skiči nowe metody přepytowanja fundamentalnych procesow w tutych materialijach.