Metalloxid-Tunnelbarrieren für gedruckte polymere Tunneldioden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt behandelte die Integration gedruckter polymerer Tunneldioden, wobei der Schwerpunkt auf der Herstellung und Analyse von ultradünnen Titandioxidtunnelbarrieren mittels anodischer Oxidation lag. Die vollständige Anodisierung von Titandünnfilmen auf leitfähigen Substraten wurde erstmals eingehend untersucht, so dass Einflüsse einzelner Prozessparameter identifiziert und quantifiziert werden konnten. Es zeigten sich wesentliche Unterschiede zur ’klassischen’ Anodisierung, die eine detailierte Untersuchung erforderlich machten. So traten offensichtliche Abweichungen der Ionisierung bzw. des Ionentransports auf, welche eine vollständige Oxidation der Dünnschichten stark erschwerten. Zur Analyse wurde die elektrochemische Impedanzspektroskopie eingesetzt, mit der die effektiven Defektdichten und die relativen Permittivitäten der Oxidschichten bestimmt wurden. Dieses Verfahren erwies sich im Bezug auf ultradünne Schichten als sehr robust und zuverlässig. Die Ergebnisse erbrachten Erkenntnisse über die einzelnen Einflussparameter der Anodisierung und zeigten, dass den bei der ’klassischen’ Anodisierung irrelevanten Faktoren, wie z.B. der Dicke der chemischen Reaktionsgrenzfläche innerhalb des Schichtsystems, eine besondere Rolle zukommt. Die erarbeiteten Resultate sind nicht nur für die Integration von organischen Tunneldioden entscheidend, sondern können auch uneingeschränkt auf weitere Anwendungen (z.B. ultradünne Dielektrika) übertragen werden. Im Hinblick auf den Einsatz der Oxidschichten in Tunndeldioden wurden polyphenylen-vinylen (PPV) basierte Referenzdioden auf ITO-beschichtetem Glassubstrat integriert. Die Materialqualität des organischen Halbleiters und die Herstellungsbedingungen schränkten jedoch die Performance der Dioden wesentlich ein. Eine negativer differentieller Widerstand bei Benutzung des anodisierten Titandioxids konnte nicht gezeigt werden, jedoch sind transportbeeinflussende Auswirkungen der Oxidschicht deutlich sichtbar. So vermindert oder erhöht der eingefügte Dünnfilm u.a. die anodenseitige Ladungsträgerinjektion in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung, wobei die Stärke des Effekts neben den Oxidwachstumsbedingungen auch von eventuellen Nachbehandlungen abhängig ist. Über die Referenzdioden hinaus konnten invertierte und somit für den Druckprozess geeignete Diodenstrukturen demonstriert werden, die bei Verwendung der anodischen Oxidation grundsätzlich notwendig für die Herstellung von Tunneldioden im Druckverfahren sind.
