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Tetracen - Kristallzucht und elektronischer Transport
(2005) Niemax, Jens; Wrachtrup, Jörg (Prof. Dr.)
In dieser Arbeit werden die elektronischen Materialeigenschaften des organischen Halbleiters Tetracen untersucht. Für die Untersuchungen wurden Tetracen-Einkristalle durch zwei unterschiedliche Techniken hergestellt. Plattenförmige Kristalle mit Flächen bis 1 cm^2 wurden unter konstantem Wasserstoffstrom in einem Rohrofen gezogen. Um Kristalle mit größeren Ausdehnungen in allen drei Raumrichtungen zu erhalten, wurde erstmals die Gasphasen-Bridgman-Methode erfolgreich auf Tetracen angewandt. Die Beweglichkeit der Löcher in der c'-Richtung wurde mit der Flugzeitmethode als Funktion der Temperatur gemessen. Die Beweglichkeit folgt dem Hoesterey-Letson-Modell und hatte ein Maximum von 0.98 cm^2/Vs bei 320 K. Der Temperaturverlauf deutete an, dass die intrinsische Löcher-Beweglichkeit in c'-Richtung eine T^(-n)-Abhängigkeit hat, dem Bändermodell des Transports entsprechend. In der ab-Ebene wurde die Löcher-Beweglichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur durch die Feldeffekt-Transistor-Technik gemessen. Hierfür wurde das Polymer PPX als Gate-Isolator mit einer Durchbruchfeldstärke von 3 MV/cm eingesetzt. Mit 0.79 cm^2/Vs bei 320 K wurde eine maximale Löcher-Beweglichkeit in Tetracen erzielt, die doppelt so hoch ist wie die bisher publizierte. Um das beobachtete Temperaturverhalten der Beweglichkeit zu erklären, wurden die Kristalle strukturell und chemisch charakterisiert. Durch Anwendung von Ätztechniken wurden Versetzungen sichtbar gemacht, die allerdings keinen signifikanten Einfluss auf den Ladungsträgertransport haben. Um die Art und die Konzentration der chemischen Verunreinigungen zu bestimmen, wurde die kombinierte Gaschromatographie-Massenspektrometrie eingesetzt. Die gefundene Gesamtkonzentration an chemischen Verunreinigungen stimmt mit der aus dem Temperaturverlauf der Beweglichkeit abgeschätzten Fallendichte überein. Die Hauptverunreinigung stellt ein Photoreaktionsprodukt des Tetracens, 5,12-Tetracenchinon, dar. In einer oberflächenselektiven Untersuchung wurde gezeigt, dass die Konzentration des Chinons an der Oberfläche der Einkristalle stark erhöht ist. Konsequenzen für den Einsatz von Polyacenen in der organischen Elektronik werden aufgezeigt.