Die vorgelegte Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von Zusammenhängen zwischen der Struktur dünner organischer Schichten und stellt einen Bezug zur Leitfähigkeit der Schichten her. Sie liefert einen Beitrag zum vertieften Verständnis der Transporteigenschaf-ten organischer Halbleiter und soll so zur Verbesserung organischer elektronischer Bauele-mente beitragen. Es ist bekannt, dass die Effizienz von Organischen Leuchtdioden (OLEDs) stark von der Qualität der eingesetzten dünnen Filme abhängt. Es ist deshalb interessant, die Strukturen technologisch interessanter organischer Filme mittels Scanning Probe Mikrosko-pie (SPM) zu charakterisieren, um ein besseres Verständnis sowohl der Oberflächen-Morphologie als auch der molekularen/atomaren Packungen zu erhalten.
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Die Untersuchung von Quaterthiophen (4T), welches vielfach in Feldeffekt-Transistoren eingesetzt wird, bildet einen ersten Schwerpunkt der Arbeit. Es konnte eine neue Kristall-struktur von 4T gefunden werden, die bisher nicht bekannt war. Dafür wurden Quaterthi-ophen-Filme untersucht, welche auf Kaliumphthalat (KAP) aufwuchsen. Die Aufklärung der neuen Struktur gelang durch Kombinierten Einsatz von optischen und Röntgen-Beugungsmessungen. Zur Bestätigung der triklinen Kristall-Einheitszelle mit den Parame-tern a = 0,721 nm, b = 0,632 nm, c = 0,956 nm und α = 91o, β = 91,4o, γ = 91o wurde außer-dem die Atomkraft-Mikroskopie (AFM) angewendet.
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In Fortführung der rastermikroskopischen Messungen sind die Morphologien von Filmen vier weiterer organischer Materialien technologischer Relevanz untersucht worden: He-xanthiol-Monoschichten auf Gold, Azobenzenthiol-Monoschichten auf Gold, Para-Phenylenvinylen-Oligomer-Filme auf Gold und Phenyl-Oxadiazol-Filme auf Gold. Dafür kam zusätzlich die Ultrahochvakuum-Scanning-Tunneling-Mikroskopie (UHV-STM) zum Einsatz. Es zeigte sich eine Vielzahl morphologischer Eigenheiten, deren Besonderheiten sowohl von den gewählten Substraten als auch von der chemischen Struktur der untersuchten organischen Materialien abhängen. So zeigen Para-Phenylenvinylen-Oligomer-Filme eine Stäbchen- und Oxadiazol-Filme eine Körnchen-Struktur auf Gold.
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Auf Basis dieser Kenntnisse gelang es, das optisch induzierte Schalten von Azobenzen durch STM-Untersuchungen und durch Scanning Tunneling Spektroskopie (STS) auf molekularer Skale nachzuweisen.
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Die Topographie einer Reihe von Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-(PEDOT)-Filmen und de-ren Bezug zu den Ladungstransporteigenschaften dieser Filme war ein weiterer Arbeits-schwerpunkt. PEDOT-Filme auf Indium-Zinn-Oxid (ITO) kommen in organischen elektro-nischen Bauelementen als Lochinjektionsschichten zum Einsatz. Für die Schichtherstellung kamen Dispersionen des Polymers unterschiedlicher Konzentration zur Anwendung: Mittels AFM und STM konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche Konzentrationen zu unter-schiedlichen Topographien führen. Besonders die Oberfläche der Filme mit hoher Konzent-ration von PEDOT, d.h. die der leitfähigsten Filme, wird durch eine körnchenartige Struktur eingebetteter Teilchen charakterisiert. Durch STM Strom-Abstands-(I-d)-Untersuchungen wurde gefunden, dass diese Teilchen die „Spitze eines Eisbergs“ leitfähiger Domänen dar-stellen. Ausgehend von dieser Erkenntnis wird ein Strukturmodell für die Filme vorgeschla-gen, in dem die leitfähigen Domänen / Partikel in eine weniger leitfähige Matrix eingebettet sind. Durch Zugabe von Polyolen wie Sorbitol zur PEDOT-Dispersion ließen sich Filme mit höherer Leitfähigkeit herstellen. Eine klare Abhängigkeit zwischen der Leitfähigkeit und der bisher nicht beschrieben nano-Morphologie wurde gefunden. / It is known that the efficiency of organic light-emitting devices (OLEDs) is strongly influenced by the ’quality′ of the thin films [1]. On the basis of this conviction, the work presented in this thesis aimed to obtain a better understanding of the structure of organic thin films of general interest in the field of organic light emitting devices by using scanning probe microscopies (SPMs).
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A not yet reported crystal structure of quaterthiophene film grown on potassium hydrogen (KHP) is determined by optical measurements, a simulation program, diffraction at both normal incidence and grazing angle and AFM. The crystal cell is triclinic with parameters a = 0.721 nm, b = 0.632 nm, c = 0.956 nm and a = 91°, b = 91.4°, g = 91° [2].
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The morphologies of four organic thin films deposited on gold are characterized by ultra high vacuum scanning tunneling microscopy (UHV-STM). Terraces in an hexanethiol monolayer, lamellar structures in an azobenzenethiol monolayer, rods in a a poly(paraphenylenevinylene) oligomer film and a granular morphology in an oxadiazole film are shown.
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The topographies of a series of poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrenesulfonate) (PEDOT/PSS) films deposited on indium-tin oxide (ITO) and gold obtained from dispersions with PEDOT:PSS weight ratios of 1:20, 1:6 and 1:1 are investigated by AFM. It is demonstrated that the films show the same topography on gold and on ITO. It is shown that the PEDOT films eliminate the spike features of ITO. It is reported that PEDOT 1:20 and 1:6 appear indistinguishable between each other but different from PEDOT 1:1 (the most conductive).
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Coupling STM and I-d measurements, a not yet reported structural model of PEDOT 1:1 on gold is obtained [3]. In this model the surface presents grains and the bulk particles/domains rich in PEDOT embedded in a PEDOT-poor matrix. The equation of conductivity is derived.
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A STM investigation of four PEDOT films deposited on ITO obtained from dispersions with the same PEDOT:PSS weight ratio of 1:1 is carried out [4]. The films differ either for the presence of sorbitol or for a different synthetic route (and they present different conductivities). For the first time a quantitative and qualitative correlation between the nanometer-scale morphology of PEDOT films with and without sorbitol and their conductivity is established.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:Potsdam/oai:kobv.de-opus-ubp:216 |
| Date | January 2004 |
| Creators | Timpanaro, Salvatore |
| Publisher | Universität Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. Institut für Physik und Astronomie |
| Source Sets | Potsdam University |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | Text.Thesis.Doctoral |
| Format | application/pdf |
| Rights | http://opus.kobv.de/ubp/doku/urheberrecht.php |
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