Growth, structure and morphology of organic thin films

Beigmohamadi, Maryam; Wuttig, Matthias

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-19407

Growth, structure and morphology of organic thin films = Wachstum, Struktur und Morpholgie organischer Dünnfilme

Beigmohamadi, Maryam (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Maryam Beigmohamadi

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

UmfangVIII, 147 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wuttig, Matthias (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-06-04

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-19407
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62341/files/Beigmohamadi_Maryam.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Organischer Kristall (Genormte SW) ; Organisches Düngemittel (Genormte SW) ; Physik (frei) ; Organic film (frei) ; morphology (frei) ; crystalline structure (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
pacs: 71.55.Ht * 61.10.Kw * 68.55.Jk * 72.15Cz * 72.10.Fk

Kurzfassung
In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich organische Halbleiter zu einer technologisch wichtigen Klasse elektronischer Materialen entwickelt. Vielversprechende Anwendungen schließen organische Feldeffekttransistoren (OFETs), organische lichtemittierende Dioden (OLEDs), organische Laser und photo-voltaische Zellen ein. Diese Bauelement haben gemeinsam, dass sie auf organischen Dünnfilmen basieren, und dass sie sehr empfindlich sind für die kristalline Struktur dieser Filme. Im Gegensatz zu den traditionellen anorganischen elektronischen Materialien, werden organische Produkte durch komplexer und kovalent gebundene Bausteine (Moleküle), die durch schwache van der Waals (vdW) Bindungen zusammengehalten werden, charakterision. Die Morphologie und das Wachstum der organischen Filme auf isolierenden Substraten ist von besonderem Interesse, da diese Konfiguration in den organischen Dünnfilm-Transistoren (OTFTs) verwendet wird. Planare aromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) haben in den Regel ein ausgeprägtes Wechselwirkungspotential, das durch vdW Wechselwirkungen beherrscht wird. Daher könnte die wechselwirkung zwischen der Molekülen und dem subsbtra eine bedeutende Rolle in der Bestimmung der entstehenden kristallienen Struktur spielen. PAHs haben eine einfache und planare Struktur und es wird uberlegt, sie wegen ihrer verhältnismäßig regelmäßigen molekularen Form, als Prototyp der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe zu benutzen. Für Perylene jedoch gibt es immer noch ein defizit an systematischen Untersuchungen über die Morphologie und die Struktur in dünnen Filmen. In dieser Dissertation ist Perylene als organisches Halbleitermaterial benutzt worden. Die Notwendigkeit, den Wachstummechanismus und die Herstellung eines hochgradig kristallenen Filmes zu verstehen, führte zur Deposition von Perylene auf unterschiedlichen Substraten. Diese Proben wurden mit unterschiedlicher Deposition und unterschiedlicher Schichtdicke hergestellt. Der Einfluß dieser Deposition parameter und des substrats ist mit der Rasterkraftmikroskopie (AFM) und der Röntgenbeugung (XRD) untersucht worden. AFM ist eingesetzt worden, um die Oberflächenmorphologie der Proben im realen Raum zu erforschen und XRD ist verwendet worden, um die kristalliene Struktur des Dünnfilmsystems zu bestimmen. Es wurde heraus gefunden, dass eine Metalloxid-Unterschicht und eine niedrige Depositionrate (2 °A/s), zu einer sehr eordneten Peryleneschicht führen. Weiterhin ist es für OLED Anwendungen notwendig, einen glatten und amorphen Film zu haben, weil in diesen Bauelementen, die höchstmögliche Quantenausbeute erstrebenswert. Diese Ausbeute hängt von der Wahrscheinlichkeit der strahlenden Elektron-Loch Rekombination ab, die f¨ur amorphe diejenigen Materialien am höchsten ist, in denen die mobilität der Elektronen und Löcher niedrig ist. Organischer Dampf-Phase Deposition (OVPD) und Vakuumthermische Verdampfung (VTE) wurden als Depositionsmethoden gew¨ahlt, um amorphe Filme herzustellen. Anschlißend wurder XRD und XRR Messungen durchgeführt, um die Filmmorphologie und strukturellen Eigenschaften zu bestimmen. Die thermische Stabilität des Films wurde untersucht, indem die Probe bei XRR Messungen in situ geheizt wurde.

Over the past two decades, organic semiconductors have emerged as a technologically important class of electronic materials. Promising applications include organic field effect transistors (OFETs), organic light-emitting devices (OLEDs), organic lasers, and photovoltaic cells. These devices have in common that they are based on organic thin films, and that they are very sensitive to the order of these films. Contrary to traditional inorganic electronic materials, organics are characterized by complex and covalently bonded building blocks (molecules) that are held together by weak van der Waals (vdW) interactions. The morphology and growth of organic films on insulating substrates are of particular interest as this configuration is used in Organic Thin Film Transistors (OTFTs). Planar Aromatic Hydrocarbons (PAHs) typically have a broad intermolecular interaction potential energy dominated by vdW interactions. Thus, the molecule-substrate interaction could play a significant role in determination of the subsequent crystalline structure. They have a simple and planar structure and they are considered to be used as a prototype of polycyclic aromatic hydrocarbons due to their relatively regular molecular shape. However, for perylene there is still a lack of systematic studies on the morphology and the structure of perylene thin film. In this thesis, perylene have been used as an organic semiconductor material. The necessity to understand the growth mechanism and fabrication of a highly crystalline film led to the deposition of perylene on different substrates. These samples were deposited with different deposition rates and different thicknesses. The influence of these deposition parameters and substrate has been investigated by Atomic Force Microscopy (AFM) and X-Ray Diffraction (XRD) techniques. AFM has been employed to investigate the surface morphology of samples in real space and XRD has been used to determine the crystalline structure of the thin-film system. A metal oxide bottom layer and low deposition rate (2 °A/s) was found to lead to a well-ordered perylene layer. Furthermore, for OLED applications it is necessary to have a smooth and amorphous film because in such a device, the highest possible quantum yield is desirable. This yield depends upon the probability of radiative electron-hole recombination which is the highest for amorphous materials, where the electron and hole mobilities are low. Organic Vapor Phase Deposition (OVPD) and Vacuum Thermal Evaporation (VTE) were chosen as deposition methods to produce amorphous film. Subsequently, XRD and XRR have been employed to investigate film morphology and structural properties. The thermal stability of the film was examined by In situ heating-XRR technique.

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