Untersuchung der elektronischen Wechselwirkungen an Grenzflächen zwischen Organischen Halbleitermaterialien und ultra-dünnen Oxidfilmen

Abstract

Im letzten Jahrzehnt ist die Nachfrage an preiswerten elektronischen Geräten immens angestiegen. Besonders in der Unterhaltungs- und der Mobilfunk-, sowie in der Computer-Elektronik steigen die Anforderungen an elektronische Bauelemente stetig an. Unter anderem im Leuchtdioden- oder im Photovoltaik-Bereich haben sich Organische Halbleiter dabei als Materialien für elektronische Bau-elemente mittlerweile etabliert. Aufgrund ihrer thermischen, chemischen und photochemischen Stabilität, sowie ihrer vom Metall-Zentral-Atom abhängigen Eigenschaften finden Übergangsmetall-Phthalocyanine (TMPcs) nicht nur als Modellsysteme für Organische Halbleiter Anwendung. Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen dem Organischen und dem Elektroden-Material können die elektronischen Eigenschaften, unter anderem Transport-Prozesse und magnetische Eigenschaften bezüglich molekularer Spins beeinflussen. Grundlegende Untersuchungen dieser Wechselwirkungen sind deshalb unerlässlich für die Entwicklung neuer Anwendungen. Im Falle der TMPcs hängen solche Wechselwirkungen stark von der Kombination des Metall-Zentral-Atoms des Phthalocyanins und dem Substrat ab. In dieser Arbeit werden die Untersuchungen der Wechselwirkungen an Grenzflächen zwischen TMPcs und ultra-dünnen Oxidfilmen mittels Photoemissions-Spektroskopie (PES) und Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie (NEXAFS) vorgestellt. Übergangsmetall-Oxide (TMOs) finden - neben Metallen - zunehmend Verwendung als Substrate für Organische Halbleiter. Je nach Kombination von Oxid und Metall können solche Oxide als ultra-dünne Filme - mit Schichtdicken im Bereich weniger Nanometer - epitaktisch auf den Metall-Substraten wachsen. Im Gegensatz zu Volumen-Oxiden besitzen diese epitaktischen TMO-Filme meist besondere chemisch-physikalische Eigenschaften, welche sich beispielsweise durch die Schichtdicke gezielt beeinflussen lassen. Neben der Konzentration von Oberflächen-Defekten beeinflusst die Beschaffenheit der Oxidfilm-Oberfläche die an der Grenzfläche zwischen Oxid-Substrat und TMPc auftretenden Wechselwirkungen. Im Gegensatz zu ultra-dünnen Titanoxid-Filmen wurden an der Grenzfläche zwischen ultra-dünnen epitaktischen Mangan(II)-Oxid-Filmen (MnO-Filmen), deren eher glatte Oberfläche von einer hohen Fernordnung geprägt ist, und Cobalt(II)-Phthalocyanin, im Rahmen der vorgestellten Arbeit, starke Wechselwirkungen beobachtet, welche durch einen Ladungstransfer vom MnO zum Metall-Zentral-Atom des TMPcs beschrieben werden können.