Excitons in active organic devices

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015) [Doktorarbeit]

Seite(n): 151 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Organische Halbleiter sind die Grundlage einer neuen Generation von (opto-) elektronischen Bauteilen. Insbesondere organische Leuchtdioden (OLED) haben in den vergangenen Jahren eine schnelle Entwicklung erfahren. Eine andere vielversprechende Entwicklung sind multifunktionale Feldeffekttransistoren, wie Organische Leuchttransistoren (OLET). Während in OLEDs Exzitonen an den metallischen Kontakten und durch hohe elektrische Felder ausgelöscht werden, wird das Licht in optimierten ambipolaren OLETs im Transistorkanal erzeugt, gut abgeschirmt von den Elektroden und mit kleinen elektrischen Feldern. OLETs besitzen jedoch eine sehr hohe Ladungsträgerkonzentration, sodass Exzitonen-Ladungsträger-Interaktion in diesem Fall zur Auslöschung von Exzitonen führen kann. Bisher wurde dieser Verlustfaktor in idealen OLET-Modellen vernachlässigt, begründet mit einer verschwindend kleinen Rekombinationszone. Experimentell wurde dagegen gezeigt, dass die Rekombinationszone eine Breite von mehreren Mikrometern hat. Im Gegensatz zum Idealmodell können also Reaktionen zwischen Exzitonen und Ladung sehr wohl auftreten. Diese Arbeit untersucht Exzitonen Prozesse in organischen Transistoren. Zwei Themen waren dabei zentral: (i) die physikalischen Mechanismen der Exziton-Ladungs-Interaktion und (ii) die Ladungsverteilung im Transistorkanal. Als Modelverbindungen wurden die oligomerischen Halbleiter PTCDI-C13 und T4dim genutzt. Zunächst wurde eine grundsätzliche Analyse ihrer photophysikalischen Eigenschaften in technologisch relevanten Dünnschichtsubstraten durchgeführt, da diese nicht der Literatur entnommen werden konnten. Das Auslöschen von Exzitonen wurde in Feldeffektstrukturen mit statischen und dynamischen Photolumineszenz Elektromodulatoren (PLEM) gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass nur die Exzitonen-Ladungs-Reaktion eine relevante Quelle für Exzitonen Auslöschung in Feldeffektstrukturen ist. Dieser Prozess wurde durch ein diffusionsbeschränktes Interaktionsmodell beschrieben, welches um die anfängliche Verteilung der Exzitonen ergänzt wurde. Die gemessene PLEM ist nur von der Ladung der Probe abhängig, daher kann sie umkehrt auch als Maß für die Verteilung der Ladungsdichte genommen werden. Darauf aufbauend wurde eine Mikroskopietechnik entwickelt, welche die direkte Messung der Ladungsverteilung in Organischen Transistoren erlaubt. Die Methode wurde an PTCDI-C13 und T4dim Transistoren demonstriert. Für das ambipolare T4dim, konnte die Rekombinationszone beobachtet werden. Die gemessene Position der Rekombinationszone wurden zwei etablierte Modelle zu ihrer Beschreibung verglichen. Diese Arbeit zeigt das Potential der entwickelten PLEM Mikroskopietechnik für die hochaufgelöste Untersuchung von organischen Transistoren

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Koopman, Wouter-Willem Adriaan

Gutachterinnen und Gutachter

Wuttig, Matthias
Muccini, Michele

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52845
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-145435