Wasserstoffbeladene metallische Multischichten wurden mit der tomographischen Atomsonde (TAP) und der Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) auf ihre chemische zusammensetzung mit Auflösungen auf Subnanometerskala untersucht. Bei den verwendeten Methoden werden nach dem Prinzip der Flugzeit-Massen-Spektrometrie die Proben atomlagenweise abgetragen und analysiert. Die Ergebnisse werden präsentiert und im Hinblick auf die Wassertstoffverteilung an den Grenzflächen diskutiert. Gleichgwichtsverteilungen können bei Temperaturen unterhalb von 60 k gemessen werden. Bei höheren Temperaturen führt die hohe Mobilität des Wassertstoffs zu einer Segregation des Wasserstoffs an der Oberfläche der Probe. Die während des Abtrags der Metalle geschaffenen Oberflächen der Multischichtsysteme bieten dann dem Wasserstoff energetisch günstige Oberflächenplätze ...

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Using X-ray photoelectron (XPS) and X-ray absorbtion spectroscopy (XAS) we demonstrate charge transfer at an interface between two transition metal phthalocyanines, MnPc and F16CoPc, resulting in charged MnPc + and F16CoPc -, species. Density functional theory calculations reveal that a hybrid state is formed between the two types of phthalocyanines, which causes this charge transfer. For the hybrid state the Mn3dxz interacts with the Co 3dz2 orbital leading to a two-level system. Moreover, we have prepared mixed films out of this pair, which were characterized also by means of electron energy-loss spectroscopy. Our data reveal the formation of MnPc/F16CoPc charge transfer dimers in analogy to the heterojunction. The electronic excitation spectrum of these blends is characterized by a new low energy excitation at 0.6 eV.

Für die Effektivität organischer Halbleiter spielen die Grenzflächen zwischen den konjugierten, organischen Molekülen und den Metallelektroden eine entscheidende Rolle. Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung dieser Grenzflächen bezüglich ihrer strukturellen und elektronischen Eigenschaften. Besonders interessant sind dabei molekulare Systeme, welche Selbstaggregation aufweisen. Ein kritischer Parameter ist dabei das Verhältnis der inter-molekularen zu den Molekül-Metall Wechselwirkungsstärken. Um verschiedene Aspekte der molekularen Selbstaggregation zu beleuchten, wurden vier verschiedene Systeme untersucht. (i) Das defekt-gesteuerte Wachstum selbstaggregierender Molekülschichten wird betrachtet. Es wird gezeigt, dass durch Alkylierung der Moleküle das Wechselwirkungsverhältnis deutlich verändert werden kann. (ii) Weiterhin wird anhand der Orientierungsänderungen der Moleküle der mit zunehmender Schichtdicke schnell abnehmende Einfluss des Substrats nachgewiesen. (iii) Es wird gezeigt, dass durch Fluorination von Molekülen starke chemische Wechselwirkungen mit dem Substrat erzeugt werden können. (iv) Ein neuartiger Ansatz zur Entkopplung von Molekülen von dem Metall wird vorgestellt. Dies geschieht mit Hilfe einer molekularen Vorbeschichtung. Aus experimentellen und theoretischen Daten geht hervor, dass auf diese Art die Wechselwirkung zwischen Molekül und Metall verhindert wird, bei gleichzeitigem Erhalt der metallischen Eigenschaften des Substrats. Weiterhin wirkt die Vorbeschichtung auch als strukturelle Maske. Zur Erkundung der verschiedenen Eigenschaften der molekularen Systeme kamen komplementäre experimentelle Techniken zum Einsatz. Die strukturellen Eigenschaften wurden dabei mit Hilfe von Rastersondenmikroskopie (STM und AFM), Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) und Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (NEXAFS) ermittelt. Eine Bestimmung der elektronischen Eigenschaften erfolgte mittels Photoelektronenspektroskopie (UPS und XPS). / The interfaces between conjugated organic molecules and metal electrodes play an important role for the performance of organic devices. In this thesis the structural and electronic properties at these interfaces are investigated. In particular, the focus of this work is given to molecular systems which undergo self-assembly. The critical parameter which drives the ordering behavior at the interface is the balance between the inter-molecular and molecule-metal interaction strength. To highlight different aspects of the self-assembled growth of molecules, four different molecular systems were investigated. (i) The defect mediated growth of directed self-assembled molecular layers is explored. It will be shown, that addition of short alkyl chains to molecules leads to significant changes in the interaction balance. (ii) The fast attenuation of the substrate''s influence on the molecular ordering with increasing thickness of the molecular layer will be evidenced by the observation of changes in the molecular orientation. (iii) The initiation of strong chemical interactions with the metal substrate by fluorination of molecules is demonstrated by conducting annealing time dependent experiments. (iv) A novel attempt to decouple molecules from the metal substrate is presented. This is achieved by the insertion of a molecular template layer. Experimental and theoretical results prove the successful prevention of molecule-metal interactions, while at the same time metallic properties of the substrate are conserved. Furthermore, the inserted layer acts as a structural template. To explore the properties of the molecular systems, several complementary experimental techniques were used. Structural properties were investigated by scanning probe microscopy (STM and AFM), low energy electron diffraction (LEED) and near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS). The electronic properties were discovered by using photoelectron spectroscopy (UPS and XPS).

The framework of this thesis aims to fabricate materials, which change surface characteristics in response to environmental conditions. This response may be employed to improve material characteristics as adhesion, wettability, interaction with cells etc. The mixed brushes introduce adaptive and switching behavior in different surrounding media. Two main approaches were employed to fabricate mixed polymer brushes: "grafting to" and "grafting from". Mixed PS/PVP polymer brushes were synthesized via step-by-step grafting of these two polymers from polyamide (PA) surfaces. NH3 plasma was used for the introduction of amino and OH functionalities on PA surfaces with following attachment of azo initiator of radical polymerizaton. The mixed brushes prepared on the surface of PA textiles combine both the switching effect and effect of composite surface (i.e. micrometer scale roughness) which substantially amplifies the switching range. Mixed polymer brushes prepared from P(S-b-2VP-b-EO) and P(S-b-4VP) block copolymers were grafted to both the flat surface of Si wafers and to the surface of silica nanoparticles via quaternization reaction of the pyridine nitrogen. This one step grafting technique has a substantial advantage over the multistep grafting of mixed polymer brushes. We have demonstrated that combination of the two level hierarchical organization of polymer films at macroscopic and nanoscopic levels resulted in the formation of self adaptive surfaces switchable in controlled environment from ultra-hydrophobic to hydrophilic energetic states. The PFS/PVP mixed brush was grafted onto the pre-treated PTFE surface (plasma etching) with the needle like topography. The size of vertical needles was at micron scale. If the brush is switched to the hydrophobic state the layer has shown a unique ultra-hydrophobic behavior (complete non-wetting) with the contact angle approaching value of 160o. If the mixed brush was switched into the hydrophilic state the surface became completely wetted due to the capillary forces in the pores formed by the needle like structure. Thus, the surface can be either highly wettable or completely non-wettable with the self cleaning properties.

Die große Vielfalt an organischen Komplexen, kombiniert mit der Möglichkeit, die chemische Reaktivität und den elektronischen Grundzustand unterschiedlicher Komplexe innerhalb derselben Molekülfamilie abzustimmen, machen solche Materialien für elektronische Anwendungen attraktiv. Auf Grund ihrer langen Spin-Lebensdauer sind Moleküle auch für Spintronik-Anwendungen sehr geeignet. In dieser Arbeit werden die Grenzflächen zwischen organischen Halbleitern und Metallen sowie zwei organischen Halbleitern durch spektroskopische Techniken untersucht. Das erste Kapitel beinhaltet eine allgemeine Einführung zu organischen Halbleitern und Eigenschaften von Grenzflächen. Im experimentellen Teil werden die untersuchten Moleküle und verwendeten Messmethoden detailliert vorgestellt. Der dritte Teil dieser Arbeit zeigt die Auswirkung verschiedener Substrate (Co und Ni) oder Molekülkombinationen (CoPc und FePc) auf die Wechselwirkungs- und Ladungsübertragungskanäle. In dem nachfolgenden Teil werden elektronische Zustände und Wechselwirkungen an Organik-Organik Grenzflächen am Beispiel von VOPc/F16CuPc und F16CoPc/rubren diskutiert. Der letzte Teil dieser Arbeit zeigt, wie die Eigenschaften der Substrate und die Modifikation der Moleküle die molekulare Orientierung beeinflussen können.

The framework of this thesis aims to fabricate materials, which change surface characteristics in response to environmental conditions. This response may be employed to improve material characteristics as adhesion, wettability, interaction with cells etc. The mixed brushes introduce adaptive and switching behavior in different surrounding media. Two main approaches were employed to fabricate mixed polymer brushes: "grafting to" and "grafting from". Mixed PS/PVP polymer brushes were synthesized via step-by-step grafting of these two polymers from polyamide (PA) surfaces. NH3 plasma was used for the introduction of amino and OH functionalities on PA surfaces with following attachment of azo initiator of radical polymerizaton. The mixed brushes prepared on the surface of PA textiles combine both the switching effect and effect of composite surface (i.e. micrometer scale roughness) which substantially amplifies the switching range. Mixed polymer brushes prepared from P(S-b-2VP-b-EO) and P(S-b-4VP) block copolymers were grafted to both the flat surface of Si wafers and to the surface of silica nanoparticles via quaternization reaction of the pyridine nitrogen. This one step grafting technique has a substantial advantage over the multistep grafting of mixed polymer brushes. We have demonstrated that combination of the two level hierarchical organization of polymer films at macroscopic and nanoscopic levels resulted in the formation of self adaptive surfaces switchable in controlled environment from ultra-hydrophobic to hydrophilic energetic states. The PFS/PVP mixed brush was grafted onto the pre-treated PTFE surface (plasma etching) with the needle like topography. The size of vertical needles was at micron scale. If the brush is switched to the hydrophobic state the layer has shown a unique ultra-hydrophobic behavior (complete non-wetting) with the contact angle approaching value of 160o. If the mixed brush was switched into the hydrophilic state the surface became completely wetted due to the capillary forces in the pores formed by the needle like structure. Thus, the surface can be either highly wettable or completely non-wettable with the self cleaning properties.

CuI is a p-type transparent conductive semiconductor with unique optoelectronic properties, including wide band gap (3.1 eV), high hole mobility (>40 cm2 V−1 s−1 in bulk), and large room-temperature exciton binding energy (62 meV). The difficulty in epitaxy of CuI is the main obstacle for its application in advanced solid-state electronic devices. Herein, room-temperature heteroepitaxial growth of CuI on various substrates with well-defined in-plane epitaxial relations is realized by reactive sputtering technique. In such heteroepitaxial growth the formation of rotation domains is observed and hereby systematically investigated in accordance with existing theoretical study of domain-epitaxy. The controllable epitaxy of CuI thin films allows for the combination of p-type CuI with suitable n-type semiconductors with the purpose to fabricate epitaxial thin film heterojunctions. Such heterostructures have superior properties to structures without or with weakly ordered in-plane orientation. The obtained epitaxial thin film heterojunction of p-CuI(111)/n-ZnO(00.1) exhibits a high rectification up to 2 × 109 (±2 V), a 100-fold improvement compared to diodes with disordered interfaces. Also a low saturation current density down to 5 × 10−9 Acm−2 is formed. These results prove the great potential of epitaxial CuI as a promising p-type optoelectronic material.

Das in Verbundwerkstoffen auftretende Ablösen des Matrixwerkstoffs vom Füllstoff wird an einer Probe mit einem einzelnen Einschluss unter besonderer Berücksichtigung der Matrix-Füllstoff-Anbindung untersucht. Die verwendete Messtechnik zeichnet sich durch eine direkte, berührungslose, zeit- und ortsaufgelöste (2-D) Erfassung des Ablöseprozesses aus. Des Weiteren ist eine direkte Zuordnung zwischen den makroskopischen Messgrößen (Spannung und Dehnung) und dem lokalen Ablösezustand gegeben. Das Versuchsregime umfasst monotone Zugversuche und Relaxationsexperimente. Darüber hinaus wurde das Zeitverhalten der Ablösung anhand mikroskopischer Aufnahmen ausgewertet. Das Ablösen der Matrix vom Glaskörper wird im Detail analysiert. Das Abklingverhalten der durch den Füllstoff und die Ablösung im Matrixwerkstoff verursachten Störung wird mit dem Verfahren der Grauwertkorrelation untersucht.

Diese Arbeit befasst sich mit einer umfangreichen Charakterisierung des Bruchverhaltens von amorph/kristallinen Multilagen (ZrO2/Ti) mit Schichtdicken kleiner als 100nm. Das Bruchverhalten wird systematisch in Abhängigkeit der Schichtdicke der kristallinen Komponente untersucht.  Die Bruchversuche werden senkrecht und parallel zu den Grenzflächen durchgeführt. Diese werden dabei in-situ in einem Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt um zusätzlich Informationen bezüglich der mikrostrukturellen Veränderungen während des Rissprozesses zu erlangen.  Der in dieser Arbeit realisierte Bruchversuch zeichnet sich dadurch aus, dass ein Riss kontrollierbar durch das Material getrieben werden kann und zusätzlich die Größe der plastischen Zone direkt sichtbar und zugänglich gemacht wird. Weiterhin können kritische Energiefreisetzungraten anhand der Bildanalyse der Bruchversuche bestimmt werden. Dabei hat sich gezeigt, dass das Bruchverhalten auf der Nanoskala erst über die kombinierte Betrachtung von Energiefreisetzungsraten und der ablaufenden mikrostrukturellen Prozesse während des Bruchs charakterisiert werden kann.  In der Geometrie parallel zu den Grenzflächen wird für die dickeren Titan-Schichtdicken beobachtet, dass sich der Riss in den Titan-Schichten ausbreitet, was anhand der Festigkeitsverhältnisse der einzelnen Schichten und Grenzflächen erklärt werden kann. Lediglich für sehr kleine Titan-Schichtdicken zeigt sich eine Abweichung vom Risspfad hin zur Ausbreitung entlang der Grenzflächen. Auch die quantitativen Energiefreisetzungsraten zeigen ein längenskalenabhängiges Verhalten, welches durch die Festigkeiten der Titan-Schichten sowie durch die Größe der plastischen Zone erklärt werden kann. In der Geometrie der Rissausbreitung senkrecht zu den Grenzflächen zeigt sich das zu erwartende Bruchverhalten. Der Riss breitet sich über die Grenzflächen hinweg aus und in duktilen Titan-Schichten kann eine Rissbrückenbildung beobachtet werden. Bruchversuche in einer Gasatmosphäre bestätigen, dass der Risspfad durch eine Gasatmosphäre beeinflusst werden kann und somit für das gezielte Versagen von Grenzflächen oder auch Materialien in Kompositstrukturen genutzt werden könnte.