Real-time x-ray scattering studies on organic thin films

Abstract

Im Vordergrund dieser Arbeit stehen Echtzeit-Röntgenmessungen an kristallinen organischen dünnen Schichten mit dem Ziel, deren Wachstumsverhalten zu studieren und zu charakterisieren. Erkenntnisse, die aus Untersuchungen dieser Art gewonnen werden können, tragen prinzipiell zum Grundlagenverständnis der Wachstumsphysik organischer Halbleiter bei und sind daher potentiell relevant für die Entwicklung und Verbesserung neuster elektronischer und opto-elektronischer Technologien. Diese umfassen unter anderem verschiedene organische elektronische Komponenten, wie beispielsweise Speicherelemente, Transistoren, Schalter, Leuchtdioden und Spintronic, sowie organische Photovoltaikzellen, welche aktuell mit der Zielsetzung der Verbesserung von Effizienz und Langlebigkeit im Fokus vieler Studien stehen. Eine der zentralen Schwierigkeiten bei der theoretischen Beschreibung von organischen Wachstumsszenarien ist die typisch anisotrope Form der organischen Konstituenten, da diese einerseits komplex in der Modellierung ist, andererseits aber einen entscheidenden Einfluss auf das Wachstumsverhalten der Moleküle hat. Von großer Relevanz sind daher experimentelle, zeitaufgelöste Wachstumsstudien, da diese einen Vergleich intrinsischer Wachstumsparameter mit theoretischen Modellen oder Simulationen zulassen. In dieser Arbeit wurden Einzel- und Mischsysteme, bestehend aus den (planar symmetrischen) organischen Materialien Pentacene (C22H14), Perfluoropentacene (C22F14), Diindenoperylene (C32H16) und dem (räumlich isotropen) Buckminsterfullerene C60 auf nativen Siliziumoxid Substraten präpariert. Das Wachsen der Schichten (entweder mit Molekülen einer Spezies oder als binäre molekulare Mischung) erfolgte dabei im Vakuum mittels organischer Molekularstrahldeposition. Der eigentliche Wachstumsprozess wurde unter Verwendung verschiedener diffuser und spekulärer Röntgenstreutechniken untersucht und bietet damit eine nichtinvasive Methodik des Studiums. Die Zielsetzung dieser Arbeit war das Studium von kinetischen Aspekten und der Wachstumsdynamik dieser Materialien auf inter-molekularen (einige Nanometer) und auf makroskopischen Längenskalen (einige 100 Nanometer). Typisch untersuchte Fragestellungen befassen sich daher zum einen mit der zeitaufgelösten Messungen von Gitterparametern und wie die beobachteten Änderungen mit einer Umorientierung der molekularen Struktur in Verbindung stehen. Andererseits wurde die Nukleations- und Aggregationskinetik der Inseln untersucht. Das Studium der Probenmorphologie, d.h. von Inselgrößen, Insel-Insel Korrelationslängen und Inselformen als Funktion der Zeit (oder äquivalent der Filmdicke) , erlaubt Rückschlüsse über das Diffusionsverhalten solcher organischen Moleküle. In diesem Sinne konnten bei den reinen und gemischten DIP-Filmen signifikante Unterschiede in der Wachstumskinetik der einzelnen molekularen Lagen beobachtet werden.