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Open Access
2-dimensionaler Ladungsträgertransport in Graphen und einkristallinen organischen Halbleitern
(2008) Ulbricht, Gerhard; von Klitzing, Klaus (Prof. Dr.)
Ziel dieser Arbeit war die Präparation und Untersuchung neuartiger 2-dimensionaler Systeme. Zu diesem Zweck wurden sowohl auf Einkristallen der organischen Halbleiter Tetracen und Perylen als auch auf Graphen-Mono- und Doppellagen Feldeffekttransistoren präpariert und untersucht. Wird die Oxidation der Tetracen-Kristalle erfolgreich verhindert, so kann bei Raumtemperatur in Lochleitung ein deutlicher Feldeffekt gemessen werden, Elektronenleitung jedoch konnten wir bei keiner Temperatur beobachten. SCLC-Messungen haben eine Trapkonzentration von minimal 5*10E14 pro cm³ gezeigt. Bei Raumtemperatur wiesen unsere Tetracen-FETs Lochbeweglichkeiten von bis zu 0,6 cm²/Vs auf, welche beim Abkühlen jedoch kontinuierlich schlechter wurden, Lochtransport konnte bis hinunter zu 21 K beobachtet werden. SCLC-Messungen an Perylen-Kristallen haben eine Reinheit von minimal 1,8*10E12 Traps pro cm³ für Elektronen und 2*10E13 Traps pro cm3 für Löcher ergeben. Dennoch konnte bei allen untersuchten Temperaturen nur Lochleitung beobachtet werden, was vermutlich auf mangelnde Elektroneninjektion zurückzuführen ist. Bei Raumtemperatur waren Lochbeweglichkeiten von bis zu 3*10E-3 cm²/Vs messbar. Auch in Perylen-FETs nahm der Strom beim Abkühlen stetig ab, so dass unter 120 K keine Transportmessungen mehr möglich waren. Sowohl die präparierten Graphen-Mono- als auch Doppellagen zeigten deutlich den QHE und SdH-Oszillationen. In Graphen-Monolagen ist die Energie der Ladungsträger proportional zu ihrem Impuls, was im QHE zu Plateaus bei den Füllfaktoren 2, 6, 10, ... führt, wodurch Graphen-Monolagen zweifelsfrei nachgewiesen werden können. Die Ladungsträgerbeweglichkeit erreichte in unseren Proben bis zu 6000 cm²/Vs, wobei kein nennenswerter Unterschied zwischen Elektronen & Löchern festgestellt werden konnte. Mit Hilfe eines Raster-SET-Mikroskops konnten wir in Zusammenarbeit mit der Gruppe von A. Yacoby zeigen, dass der Dirac-Punkt an unterschiedlichen Stellen der Monolage bei unterschiedlichen Gate-Spannungen erreicht wird, am Punkt des maximalen elektrischen Widerstands bilden sich demnach unregelmäßig geformte Bereiche mit Elektronen- bzw. Lochüberschuss.