Der zunehmende Bedarf nach digitalen Speichermedien macht die Erforschung von neuen Materialien für zukünftige Technologien von nichtflüchtigen Speichern nötig. Hierfür eignen sich zum Beispiel Metall-Nanopartikel, die in organischen Halbleiterschichten eingebettet sind. Aufgrund der bistabilen Schaltbarkeit der Leitfähigkeit von Metall-Nanopartikeln lassen sie sich in Abhängigkeit der elektrischen Umgebungsbedingungen entweder in einen niedrig- oder einen hochleitenden Zustand schalten. Bisher wurden verschiedene Modelle entwickelt, um den Schaltmechanismus von Speichern mit einem organischen Matrixmaterial zu erklären, jedoch fehlt bislang ein konsistentes Bild zum Verständnis des Schaltvorgangs. Die vorliegende Arbeit untersucht die Rolle des Raumladungsfeldes ausgehend von Metall-Nanopartikeln in Bauelementen. Dazu wurde eine Reihe von Experimenten zur Bestimmung der elektronischen und elektrischen Eigenschaften durchgeführt, um die tatsächliche Rolle des Raumladungsfeldes aufzuklären. Mit Hilfe von Röntgen- und UV-Photoelektronenspektroskopie wurde die Wechselwirkung zwischen den Metall-Nanopartikeln und den prototypischen organischen Halbleiterschichten detailliert untersucht. Unter Verwendung der bereits untersuchten Materialien wurden Bauelemente hergestellt und charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der allgemein vorgeschlagene Mechanismus bezüglich der Aufladung/Entladung von Metall-Nanopartikeln als Ursache für die elektrische Bistabiliät in einem zweipoligen Bauteil ausgeschlossen werden kann. Stattdessen stützt dieses Ergebnis den alternativen Mechanismus der Filamentbildung. Zur Untersuchung der Skalierbarkeit der Speicher im Nanometerbereich wurden die Strukturen durch das Abscheiden der Materialien bei streifendem Einfall präpariert. Die entsprechenden Nanospeicher wurden elektrisch charakterisiert und zeigten Bistabilität. Folglich sind diese Nanspeicher besonders attraktiv für zukünftige Technologien in Hinblick auf hohe Speicherdichten. / The increasing need to store digital information has triggered research into the exploration of new materials for future non-volatile memory (NVM) technologies. For instance, metal nanoparticles (MNPs) embedded into organic semiconductors are suitable for novel memory applications because they were found to display bistable resistive switching. Different switching models were hitherto developed to explain the fundamental mechanisms at work in resistive NVMs. This thesis explores specifically the role of space-charge field due to the charging of MNPs as rationale for resistive switching in two-terminal devices. A series of experiments on the electronic and electrical properties of devices were conducted in order to reveal whether this mechanism is, indeed, at play in resistance switching. Photoelectron spectroscopy provided detailed information about the interaction between gold nanoparticles (AuNPs) with prototypical organic semiconductors used in optoelectronics. The study of the electronic valence structures provided evidence of a space-charge due to the charging of AuNPs. Furthermore, it is found that charge-neutrality of AuNPs can be dynamically re-established upon illumination, through electron transfer from excitons. Devices were built with the same materials investigated by photoemission spectroscopy and electrical characterization was conducted. Despite the previously demonstrated ability to optically change the charging state of the AuNPs, the devices do not display any bistability. This finding provides evidence that the commonly proposed charging/decharging mechanism of MNPs can be excluded as cause for electrical bistability in NVM devices. In order to explore the scaling of resistive NVMs into the nanometric range, glancing angle deposition technique was employed. The nano-NVMs were electrically characterized and it is proved to manifest resistive bistability. These finding make nano-NVMs highly appealing for future high-density memory technology.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/18213 |
| Date | 13 July 2016 |
| Creators | Ligorio, Giovanni |
| Contributors | Koch, Norbert, Fahlman, Mats, Gagliardi, Alessio |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/ |
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