Aufklärung des Funktionsprinzips und Optimierung eines organischen lichtemittierenden Feldeffekttransistors
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurde aufbauend auf den vorangehenden Ergebnissen drei Themenschwerpunkte bearbeitet: In dem ersten Schwerpunkt wurde die Qualität der Kontakt Calcium/Ditetracen und Gold/Ditetracen im stationären Bauteilbetrieb charakterisiert. Mithilfe von Lumineszenzcharakteristika und Raster-Kelvin-Messungen konnte gezeigt werden, dass sich am Calcium/Ditetracen-Kontakt ein ohmscher Kontakt mit einem Elektronenreservoir im Halbleiter ausbildet, das auch im stationären Bauteilbetrieb stabil ist. Im Gegensatz hierzu wurde gezeigt, dass der Gold/Ditetracen-Kontakt schlechtere Injektionsverhältnisse für die Löcher ins Ditetracen bietet als der Calciumkontakt für Elektronen. Aufgrund von fehlender Lumineszenz im Linearbetrieb des Bauteils und einem höheren Injektionswiderstand wurde auf eine begrenzte Löcherinjektion und insbesondere auf eine Verarmung des Löcherreservoirs im stationären Bauteilbetrieb geschlossen. Im zweiten Schwerpunkt wurde das Leuchten im unipolaren Transportregime genutzt, um das transiente Bauteilverhalten zu charakterisieren. Durch das Einschalten des Bauteils in den Sättigungsbereich des unipolaren p-Typ-Regimes und das zeitverzögerte Einsetzen der Lumineszenz, wurde die Transitzeit der Löcher durch den Transistorkanal bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass die grundsätzlichen Annahmen des verwendeten Modells gut mit den experimentellen Ergebnissen übereinstimmen, da die Transitzeit lediglich von der Potentialdifferenz der injizierenden Elektrode und des Gatekontakts abhängt. Eine signifikante Abhängigkeit der Transitzeit vom Potential der Calciumelektrode wurde wie erwartet nicht gefunden. Durch Akkumulation von Elektronen vor dem Einschalten des OLEFETs in das löcherdominierte Transportregime wurde demonstriert, dass auch ambipolare Prozesse mit dynamischen Messungen zugänglich sind. Als grundsätzliches Problem von OLEFETs wird in der Literatur die niedrige Quanteneffizienz dieser Bauteile diskutiert, die im Fall des hier realisierten Ditetracen-Bauteils kleiner als 10-2 % ist. Um abzuschätzen, ob die niedrige Quanteneffizienz eine intrinsische Eigenschaft des Halbleitermaterials oder eine Bauteileigenschaft ist, wurde eine Ulbricht-Kugel zur Messung des integralen Lichtstroms aus OLEDs konstruiert. Aus dem Lichtstrom und dem Strom durch die OLED kann die Quanteneffizienz berechnet werden. Im Fall von Ditetracenbasierten OLEDs wurde eine Quanteneffizienz von ≤2,5·10-3 % bestimmt. Als Referenz wurde eine Diode mit dem bekannten OLED-Material Superyellow vermessen und die Effizienz dieses Bauteils zu 1 – 3 % bestimmt. Der Vergleich dieser beiden OLEDs zeigt, dass die niedrige Effizienz der ditetracenbasierten Bauteile maßgeblich durch die intrinsischen Lumineszenzeigenschaften des Halbleiters begrenzt wird. Für die Weiterentwicklung ambipolarer OLEFETs muss somit ein Material gefunden werden, dass hohe und ausgeglichene Beweglichkeiten für Elektronen und Löcher, gute Lumineszenzeigenschaften und moderate Energielagen der Grenzorbitale für eine möglichst niederohmige Ladungsträgerinjektion liefert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Neue Bauteile der organischen Elektronik. Polymer Forschung 1, 38 (2009)
Schidleja, M., Melzer, C. und von Seggern, H.
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Organic field-effect transistors: from unipolar to ambipolar to light emission. Proceedings of SPIE 7415, 741516 (2009)
Melzer, C., Schidleja, M. und von Seggern, H.
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The impact of contact formation on the light emission from ambipolar transistors. Applied Physics Letters 95, 113303 (2009)
Schidleja, M., Melzer, C., Roth, M., Schwalm, T., Gawrisch, C., Rehahn, M. und von Seggern, H.
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A colour tuneable lightemitting transistor. Advanced Materials, 22 (32), 3568 (2010)
Feldmeier, E. J., Schidleja, M., Melzer, C. und von Seggern, H.
