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year 2018
author(s) Andrey Butkevich
title Infrarotspektroskopische Untersuchungen am organischen Halbleitermaterial TAPP-Br in D√ľnnschichtsystemen unter UHV-Bedingungen
KIP-Nummer HD-KIP 18-105
KIP-Gruppe(n) F6
document type Bachelorarbeit
Abstract (de)

Infrarotspektroskopische Untersuchungen am organischen Halbleitermaterial TAPP-Br in Dünnschichtsystemen unter Ultrahochvakuumbedingungen:

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurden infrarotspektroskopische Messungen an dünnen Schichten des organischen n-Halbleitermaterials TAPP-Br (Benzo(1,2,3-g'h':4,5,6-gh) diperimidine, 4,5,11,14-tetrabromo-2,9-bis(1,1,2,2,3,3,3-heptafluoropropyl) beziehungsweise C28H4Br4F14N4) sowie des Übergangsmetalloxids Molybdän(VI)-oxid (MoO3) durchgeführt. Durch das Koverdampfen beider Materialien wurde das Dotierverhalten von TAPP-Br mit MoO3 für verschiedene Dotantenkonzentrationen analysiert. Durch das sequentielle Aufdampfen der Materialien konnte die räumliche Ausdehnung ihrer Wechselwirkung über die Grenzfläche untersucht werden. Dies ist mittels infrarotspektroskopischer Untersuchung möglich, da durch den Ladungstransfer neue Absorptionsbanden im Vergleich zu ungeladenen Molekülen auftreten können. Dadurch können die geladenen Moleküle anhand des veränderten Schwingungsspektrums identifiziert werden. Die Probenherstellung erfolgte durch thermisches Verdampfen der Materialien unter Ultrahochvakuumbedingungen auf doppelseitig poliertes Silizium, die Charakterisierung durch in-situ IR-Transmissionsmessungen in einer Ultrahochvakuumkammer (UHV-Kammer) sowie durch Rasterkraftmikroskopie unter Umgebungsbedingungen. Die Auswertung der Dotierexperimente zeigte, dass es bei der Dotierung von TAPP-Br mit MoO3 zur Bildung von geladenen TAPP-Br-Molekülen kommt. Die Beschreibung der TAPP-Br-Ionen wurde dabei als von der Dotierkonzentration mit MoO3 abhängig festgestellt. Bei der Auswertung der Schichtexperimente wurde festgestellt, dass bei der TAPP-Br/MoO3 Grenzfläche (TAPP-Br auf MoO3) beide Materialien geladen vorliegen und sich eine Raumladungszone ausbildet, deren räumliche Ausdehnung auf 4-5 nm bestimmt wurde. Die dabei auftretenden geladenen TAPP-Br-Moleküle wurden mit einem Modell beschrieben, welches sich von dem der TAPP-Br-Ionen der Koverdampfexperimente unterscheidet. Bei der MoO3/TAPP-Br Grenzfläche (MoO3 auf TAPP-Br) konnte weder eine Raumladungszone noch Bildung von geladenen Materialien festgestellt werden. Durch nachträgliches Ausheizen der Probe bei ca. 120°C für 45 min konnte nur ein minimal gesteigerter Ladungstransfer beobachtet werden.

Abstract (en)

Infrared spectroscopic investigations of the organic semiconductor TAPP-Br under ultra high vacuum conditions:

The present thesis focuses on the analysis of thin films of the organic n-type semiconductor TAPP-Br and the transition metal oxide MoO3 using in situ infrared spectroscopy. By co-evaporation of both materials the doping behaviour of TAPP-Br doped with MoO3 was investigated for different dopant concentrations. By sequential vapour deposition of the materials the spatial extent of their interaction range at the interface was analysed. This was possible by applying infrared spectroscopy since new absorption bands may arise due to the charge transfer. Therefore, the charged molecules can be identified using the changed vibrational spectrum. The samples were fabricated by thermal evaporation of the materials under ultrahigh vacuum conditions on double side polished silicon substrate. Their characterization was made by in-situ infrared transmission measurement in an ultrahigh vacuum-chamber (UHV-chamber) as well as by atomic force microscopy under ambient conditions. The analysis of the doping experiments revealed that charged TAPP-Br molecules are formed during the doping of TAPP-Br with MoO3. It was found that the characterization of the TAPP-Br ions depends on the doping concentration. The evaluation of the layer stack experiments provided the result that both materials are partially charged at the TAPP-Br/MoO3 interface (TAPP-Br on MoO3). Additionally, the formation of a space charge region with the spatial extent of 4-5 nm was confirmed. Here, the charged TAPP-Br molecules were described by a model which was different from the ones of the doping experiments ions. At the MoO3/TAPP-Br interface (MoO3 on TAPP-Br), there was no evidence for the formation of a space charge region. Finally, by subsequent heating of the sample at approximately 120°C during 45 min it was possible to observe a slightly enhanced charge transfer.

bibtex
@mastersthesis{TAPPBrInfrarot,
  author   = {Andrey Butkevich},
  title    = {Infrarotspektroskopische Untersuchungen am organischen Halbleitermaterial TAPP-Br in D√ľnnschichtsystemen unter UHV-Bedingungen},
  school   = {Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg},
  year     = {2018},
  type     = {Bachelorarbeit}
}
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