Growth morphologies of dihydro-tetraaza-pentacene and -heptacene on (0001) sapphire

Titel in Übersetzung: Wachstumsmorphologien von Dihydro-Tetraaza-Pentacene und -Heptacene auf (0001) Saphir

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Organische Elektronik treibt die Entwicklung neuer Materialien voran; Hauptziele sind die Steigerung der Leistung der Bauelemente, die Senkung der Herstellungskosten und die Ermöglichung neuer Funktionen. Ein wesentlicher Trend bei der Weiterentwicklung der organischen Elektronik ist die Einführung neuartiger molekularer Bausteine. Es gibt Millionen bisher untersuchter organischer Verbindungen, und die Zahl steigt weiter an. Die Entwicklung neuer organischer Verbindungen ist jedoch nicht einfach und beinhaltet viele Herausforderungen wie Reinheit, Funktionalität, Stabilität, Skalierbarkeit, umweltfreundliche Prozesse und viele andere, bevor organische Verbindungen für realistische, technologische Anwendungen in Betracht gezogen werden können. Oligoacene-Verbindungen sind eine neuartige und vielversprechende Gruppe organischer Halbleiter, die aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften wie ihrer intermolekularen Wechselwirkung, die den Ladungstransfer zwischen den Molekülen fördert, sowie potentiell hoher Ladungsträgermobilitäten für die zukünftige Entwicklung der organischen Elektronik von großer Bedeutung sein dürfte. In dieser Arbeit wird das Dünnschichtwachstum von Submonoschichten aus Dihydrotetraaza-Pentacene (DHTA5) - und -Heptacene (DHTA7) -Molekülen untersucht, die ein ähnliches Dipolmoment und ähnliche Wasserstoffbrücken-Bindungen aufweisen. Aufgrund der unterschiedlichen Größe der konjugierten Grundgerüste (fünf Ringe bzw. sieben Ringe in einer Sequenz) ändern sich ihre Wachstumsmorphologien signifikant. Die Moleküle werden durch Hot-Wall-Epitaxie (HWE) auf (0001) vicinalen Saphirsubstraten, die durch einen durchschnittlichen Stufenabstand von 50 nm und eine Stufenhöhe von 0.2 nm charakterisiert sind, abgeschieden. Die Morphologie der gewachsenen Filme wird unter Verwendung von ex-situ-Rasterkraftmikroskopie (AFM) untersucht. Bei Abscheidungstemperaturen (TD) im Bereich von 343 – 366 K und 310 – 420 K wurde die Morphologie der DHTA5- und DHTA7-Kristallite im Nanometerbereich analysiert. Die Bildung von hügeligen Strukturen findet sich in den mehrschichtigen DHTA7-Filmen. Darüber hinaus werden die Oberflächenbedeckung, die Keimdichte, die Oberflächenkompaktheit, und die Entwicklung von Kristallitmorphologien als Funktion von TD untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass DHTA5-Moleküle hauptsächlich nadelartige Kristallite bilden, die eine flachliegende Konfiguration der Moleküle auf dem Substrat aufweisen. DHTA7-Filme bilden dagegen hauptsächlich inselähnliche Kristallite, die eine aufrechtstehende Konfiguration der Moleküle auf dem Substrat aufweisen. In diesem Fall wird Quasi-Schicht-für-Schicht (LbL) Wachstum (terrassierte Hügelstrukturen) bevorzugt. Eine andere Beobachtung war, dass DHTA5-Inseln im Gegensatz zu DHTA7-Inseln nicht stabil sind, wenn sie kurzfristig Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden. In einem Versuch, die Robustheit von DHTA5-Nadeln mechanisch zu testen, wurde eine AFM-basierte Manipulation verwendet, um die Nadeln entlang der Oberfläche als Ganze zu bewegen. Es wurde festgestellt, dass die Nadeln nicht als Ganzes verschoben werden ‒ wie zuvor für das unpolare Molekül Parahexaphenyl gefunden wurde ‒ sondern in kleine Fragmente geschnitten werden, die durch die Größe der Spitze definiert sind. Sehr oft wird beobachtet, dass die AFM-Spitze Nadelfragmente entlang der Bewegungsrichtung der Spitze aufnahm. Diese Nano-Manipulationsexperimente deuten entweder auf eine schwache Bindung innerhalb von DHTA5-Nadeln hin oder die Nadeln sind mit Defekten durchsetzt und stellen somit effektiv keine Einkristalle dar. In Zukunft sind Manupulationsexperimente von auf hBN gezüchteten kurzen DHTA7-Nadeln geplant.
Titel in ÜbersetzungWachstumsmorphologien von Dihydro-Tetraaza-Pentacene und -Heptacene auf (0001) Saphir
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Teichert, Christian, Betreuer (intern)
  • Matkovic, Aleksandar, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung25 Juni 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • organische Dünnfilme
  • Rasterkraftmikroskopie
  • Dihydro-Tetraaza-Acene
  • DHTAP
  • DHTA7
  • Wasserstoffbrücken-Bindung
  • Hot-Wall-Epitaxie
  • organische Moleküle
  • Nano-Manipulation

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