Heterogrenzflächen von 2D Materialien und organischen Halbleitern

• Antragsteller: Dr. Bert Nickel; Professor Dr. Andrey Turchanin
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397373225

In diesem Projekt werden 2D Materialien mit neu entwickelten Nanoschichten organischer Halbleiter kombiniert, um van der Waals Heterogrenzschichten (vdWh) für Anwendungen in der Elektronik und Optoelektronik zu realisieren. Wir schlagen einen neuen Zugang vor, um Nanoschichten organischer Halbleiter (OSC) mit Schichtdicke von 5 bis 10 nm mit inorganischen 2D Materialien zu integrieren. Diese Kombination könnte die technischen Einsatzfelder beider Materialien deutlich erweitern. Eine besondere Herausforderung bei der Herstellung von vdWh ist die Schwierigkeit, großflächig hochgeordnete glatte Gränzflächen zu präparieren. Um diese Herausforderung anzugehen, werden in diesem Projekt neue Herstellungsmethoden entwickelt. Zentrale Idee ist die Herstellung von mechanisch und chemisch stabilisierten 5 bis 10 nm dicken OSC Schichten durch Kreuzvernetzung, die dann transferiert verwendet werden. Insbesondere werden wir damit pn Grenzschichten aus OSC und atomar dünnen CVD gewachsenen Übergangsmetall Chalkogeniden (TMDCs) in lateraler und vertikaler Konfiguration herstellen, um diese in Dioden und Transistorbauteilen zu verwenden. Die Auswahl aus seiner breiten Palette von OSC Materialien (Pentacene, DNTT und Epindolidione) erlaubt uns die Untersuchung von Typ I und Typ II Grenzflächen der OSCs mit 2D TMCD Materialien (MoS2, WoS2). Die pn Grenzflächen werden mit weiteren 2D Materialien integriert, um reine 2D basierte Bauteile mit verbesserten Eigenschaften zu realisieren. CVD abgeschiedenes Graphen wird als Kontaktmaterial für OSC und TMDC verwendet, mittels Gatterspannung wird der Kontaktwiderstand bzw. die Schottky Barriere kontrolliert. Carbon Nanomenbranen (CNB) werden als Dielektrikum in solchen vdWh Bauteilen verwendet. Wir nutzen unsere Expertise auf den Gebieten Wachstum, Nanofabrikation, Spektroskopie, sowie Optik und Messung von Transporteigenschaften um vdW Heterogrenzflächen besser zu verstehen und um neuartige elektronische und optoelektronische Bauteile herzustellen. Für die grundlegende Studie der elektronischen Eigenschaften setzen wir (Synchrotron basierte) Photoemissions Spektroskopie ein, elektrische Transportmessungen werden durchgeführt, um Ladungstransport besser zu verstehen, die optische Charakterisierung erfolgt durch Photostrom Mikroskopie. Die vorgeschlagenen elektronischen und optoelektronischen Bauteile erlauben uns, die Vorteile, die 2D Materialien und organisch Halbleiter bieten, auszuloten. Wir erwarten exzellente optische und elektronische Eigenschaften, mechanische Flexibilität, großflächige Prozessierbarkeit bei geringen Kosten, atomar glatte Grenzflächen, exzellente Kontrolle der Grenzfläche durch Gatterspannung und gute Skalierbarkeit der Technik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande, Schweden
• Kooperationspartner: Professor Michel P. de Jong, Ph.D.; Professor Sergey Kubatkin