Adsorption von organischen Molekülen auf Einkristallen

Die Physik und Chemie von organischen halbleitenden Materialien hat in jüngster Zeit beträcht-liche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Der Grund dafür ist, daß dünne Schichten aus konju-gierten organischen Molekülen ein weites Anwendungsgebiet eröffnen. So können zum Beispiel Leuchtdioden, Laserdioden, Photodioden, Solarzellen, Transistoren und sogar integrierte Schaltkreise auf organischer Basis fabriziert werden. Ein vielversprechender Zugang zur Erzeu-gung solcher Bauelemente ist die Herstellung von kristallinen organischen Schichten. Die Kenntnisse über das Wachstum und die Struktur solcher organischer Schichten sind jedoch zur Zeit noch sehr gering. Das Ziel dieses vorgeschlagenen Projekts ist daher eine systematische Untersuchung der Kinetik und Energetik der Adsorption von organischen Molekülen auf verschiedenen Oberflächen. Für diesen Zweck sollen Techniken eingesetzt werden, wie sie in der Oberflächenphysik üblich sind, wie die Thermische Desorptionsspektroskopie (TDS), die Niederenergetische Elektronenbeugung (LEED) und die Röntgen-Photoelektronen Spektroskopie (XPS). All die Untersuchungen müssen unter Ultrahochvakuumbedingungen (UHV) durchgeführt werden. Bezüglich der Adsorbate werden wir uns auf die Oligo-Phenyle beschränken (p-terphenyl -p-sexiphenyl). Diese Moleküle werden auf verschieden reaktive Metallsubstrate adsorbiert (Au, Cu, Ni, Pd), aber auch auf nichtmetallische Oberflächen wie auf Glimmer oder halbleitende Oberflächen. In diesem Projekt werden wir (mit oberflächenphysikalischen Methoden) unter anderem die folgenden Fragestellungen systematisch behandeln: Wie beeinflußt die erste adsor-bierte Lage das nachfolgende epitaxielle Wachstum? Welchen Einfluß haben voradsorbierte Teilchen auf die Haftwahrscheinlichkeit der organischen Molekülen? Wie stabil ist die organische Schicht bezüglich der nachfolgender Adsorption von verschieden Gasen, z.B. aus der Luft? Welchen Einfluß hat das Substrat auf das epitaxielle Wachstum? Wie groß ist der Haftkoeffizient und die Sättigungsbedeckung der ersten Lage? Zusätzlich zu diesen kinetischen Untersuchungen werden auch die Energetik der Adsorbatschichten und die Struktur dieser Schichten im Submono- lagen, Monolagen- und wenigen Multilagen behandelt werden. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur vom Standpunkt der Grundlagenforschung interessant, sondern haben auch Relevanz für die gezielte Herstellung von wirklichen Bauelementen. Diese Studien stehen im Zusammenhang mit einem Klusterprojkt welches von mehreren Forschungsgruppen österreichischer Universitäten durchgeführt wird.

Auf dem Gebiet der organischen Elektronik wird zur Zeit weltweit intensiv geforscht, sowohl die Grundlagenforschung betreffend, wie auch im Bereich der industriellen Entwicklung. Es wird allgemein angenommen, dass elektronische Bauelemente, die auf organischen Materialien beruhen, in naher Zukunft sehr große Bedeutung erlangen werden. In diesem Zusammenhang ist ein grundlegendes Verständnis des Wachstums und der Grenzflächen dünner organischer Schichten und deren Funktionalität von äußerster Wichtigkeit. Die Forschungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik erfolgen auf verschiedenen Gebieten: (1) Entwicklung und Produktion von Bauelementen, (2) Charakterisierung der organischen Schichten und (3) die Kontrolle des Schichtwachstums auf molekularem Niveau mit den Methoden der Oberflächen- und Grenzflächenphysik. Der Schwerpunkt dieses Projekts lag auf den beiden letzten Bereichen. Wir haben die Adsorption und das Dünnschichtwachstum von organischen Modellmolekülen (Quaterphenyl, Sexiphenyl) auf Goldoberflächen untersucht. Diese Moleküle sind von großer technologischer Bedeutung, das sie eine ausgeprägte Lumineszenz im blauen und ultravioletten Spektralbereich zeigen. Gold wird häufig als Kontaktelektrodenmaterial verwendet und ist daher ein wichtiges Substratmaterial. Wir haben grundlegende Experimente unter gut definierten Bedingungen im Ultrahochvakuum durchgeführt und haben oberflächenphysikalische Methoden eingesetzt um die Adsorption und das Schichtwachstum vollständig zu charakterisieren. Die wesentlichen Ergebnisse können folgendermaßen zusammengefasst werden: Die stäbchenförmigen Moleküle bilden gut geordnete organische Kristalle wenn sie unter geeigneten Bedingungen auf Gold aufgedampft werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die optimale Funktionsweise von organischen Bauelementen. Wir konnten zeigen, dass das Schichtwachstum, d.h. die Orientierung der Moleküle im Film, die Kristallitgröße und die Schichtmorphologie mittels der Substrattemperatur, der kristallografischen Orientierung des Substrats und dessen chemische Zusammensetzung (Verunreinigungen) wesentlich beeinflusst werden kann. Somit hat man die Möglichkeit die Schichten den Anforderungen gemäß zu optimieren. Insbesondere konnten wir zeigen, dass die Struktur und Energetik der ersten Monoschicht bereits im wesentlichen das Schichtwachstum bestimmt. Die durchgeführten Experimente reichten von sub-Monolagen Untersuchungen unter Ultrahochvakuumbedingungen unter Einsatz verschiedener oberflächenphysikalischer Techniken über Multilagencharakterisierung mittels Röntgenbeugung und Synchrotronstrahlung bis zu morphologischen Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie und Atomsonde. Zu diesem Zweck wurde mit verschiedenen nationalen und internationalen Forschungsgruppen zusammengearbeitet, die sehr erfolgreich verlaufen sind.