Elektronische Eigenschaften zweidimensionaler Inversions- und Akkumulationsschichten an der Grenzfläche Isolator/organischer Einkristall
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Vorhabens war es, die elektronischen Eigenschaften zweidimensionaler Elektronengase an der Grenzfläche Isolator/organischer Halbleitereinkristall mit Transportmessungen und optischer Spektroskopie zu untersuchen und so zum besseren Verständnis der intrinsischen Eigenschaften dieser Materialien beizutragen. Dieses Ziel wurde erreicht. So haben wir im Rahmen dieses Vorhabens die ersten spektroskopischen Untersuchungen an Akkumulationsschichten an der Grenzfläche Isolator/organischer Halbleitereinkristall durchführen können. Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit Feldeffekt- Transportmessungen ergibt ein konsistentes Bild: bei einer Ladungsträgerdichte von etwa 4 x 1018 cm-3 beobachtet man im Ferninfraroten eindeutig Drude-Verhalten freier Ladungsträger. Die Ergebnisse legen nahe, dass zumindest für Rubreneinkristalle bei Raumtemperatur bandartiger Transport vorliegt. Gemessen an den durch die Arbeiten von J.H. Schön hochgesteckten Zielen des Antrags, waren die Ergebnisse aber eher ernüchternd. Die niedrige Beweglichkeit und die Qualität der Grenzfläche lassen hier keine tiefer gehenden Untersuchungen zu. Auf organische Halbleitereinkristalle aufgesputterte Al2O3-Schichten zeigen überhaupt keinen Feldeffekt, ein Ergebnis das sich mit den negativen Resultaten anderer Arbeitsgruppen deckt. Zum besseren Verständnis der intrinsischen Eigenschaften dieser Materialklasse sind spektroskopische Untersuchungen der anisotropen optischen Eigenschaften mittels spektroskopischer Ellipsometrie und der Vergleich mit Bandstrukturrechnungen viel versprechender. Im Rahmen des Vorhabens ist es erstmals gelungen die anisotropen optischen Eigenschaften eines absorbierenden Kristalls mit einer Symmetrie unterhalb orthorhombisch Kramers-Kronig-konsistent zu beschreiben. Die sich daraus ergebenden dielektrischen Funktionen entlang der kristallographischen Achsen konnten dann mit aus Bandstrukturrechnungen berechneten verglichen werden. Die grobe Übereinstimmung ist recht gut, so geben die Rechnungen die energetische Lage als auch die Polarisierung der charge transfer excitonen recht gut wieder. Die Elektron-Phonon-Kopplung ist aber in den Rechnungen nicht enthalten, vibronische Beiträge werden also nicht wieder gegeben, was die starke Abweichung in Details erklärt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Strongly Enhanced Thermal Stability of Crystalline Organic Thin Films Induced by Aluminum Oxide Capping Layers”. Advanced Materials, 16 1750 (2004)
S. Sellner, A. Gerlach, F. Schreiber, M. Kelsch, N. Kasper, H. Dosch, S. Meyer, J. Pflaum, M. Fischer, B. Gompf
- “Infrared spectroscopy on the charge accumulation layer in rubrene single crystals”. Applied Physics Letters 89 182103 (2006)
M. Fischer, M. Dressel, B. Gompf, A.K. Tripathi, J. Pflaum
- “Optical properties of pentacene thin films and single crystals”. Physical Review B 74 125416 (2006)
D. Faltermeier, B. Gompf, M. Dressel, A.K. Tripathi, J. Pflaum
- „Mechanisms for the enhancement of the thermal stability of organic thin films by aluminium oxide capping layers“. Journal of Materials Research 21 455 (2006)
S. Sellner, A. Gerlach, F. Schreiber, M. Kelsch, N. Kasper, H. Dosch, S. Meyer, J. Pflaum, M. Fischer, B. Gompf, G. Ulbricht
- “Kramers-Kronig-consistent optical functions of anisotropic crystals: generalized spectroscopic ellipsometry on pentacene”. Optics Express 16, 19770 (2008)
M. Dressel, B. Gompf, D. Faltermeier, A.K. Tripathi, J. Pflaum, M. Schubert
- “Tetracene film morphology: Comparative atomic force microscopy, x-ray diffraction and ellipsometry investigations”. European Physics Journal E 27, 421 (2008)
B. Gompf, D. Faltermeier, C. Redling, M. Dressel, J. Pflaum
