Stabilität und Lebensdauer polymerer Transistoren und integrierter Schaltungen

• Main Author: Ficker, Jürgen
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2004
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/476/1/JuergenFicker_Dissertation.pdf; Ficker, Jürgen <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Ficker=3AJ=FCrgen=3A=3A.html> : Stabilität und Lebensdauer polymerer Transistoren und integrierter Schaltungen. [Online-Edition] Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2004)

Ausgangspunkt dieser Arbeit war eine allgemein geringe Stabilität von organischen Halbleitermaterialien, aus denen eine organische Elektronik aufgebaut werden kann. Fokussiert auf polymere organische Halbleiter, die in einem Dünnschichtprozess hergestellt werden, ist das Ziel dieser Arbeit die Untersuchung der Stabilität und Lebensdauer von Polymerelektronikbauteilen, wobei im Besonderen der Feldeffekttransistor betrachtet wird. Durch eine Optimierung der polymerelektronischen Bauteile zeigt sich bereits in Messungen unter normalen Umgebungsbedingungen eine unerwartet hohe Stabilität. So kann zb. nach einem Jahr der Lagerung keine Alterung der Bauteile beobachtet werden. Ebenfalls hohe Stabilität zeigen die Bauteile während des Betriebs, wobei selbst nach 1000 Stunden keine erkennbare Ermüdung festzustellen ist. Erst bei weit über normaler Belastung treten in den Messungen verschiedene Alterungs- und Ermüdungseffekte auf. Bei hohen Spannungen ist mit seiner Durchbruchsfeldstärke der Isolator als schwächste Schicht identifiziert. Bei Bestrahlung mit intensivem Licht ist parallel zu einem Rückgang der Ladungsträgerbeweglichkeit eine deutliche Fotobleichung der Halbleiterschicht in UV-Vis-Spektren zu beobachten. Dieses ist durch IR-Spektren auf eine Konjugationszerstörung im Halbleiter zurückzuführen. In Tieftemperaturversuchen zeigen Transistoren für den Halbleiter Polythiophen den Leitungsmechanismus des Hoppings. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Bauteile über das Isolatormaterial zerstört, wobei sich die dazugehörige Temperatur in DSC-Messungen mit der Glasübergangstemperatur erklären lässt. Ein weiterer Alterungseffekt durch erhöhte Temperaturen findet am Übergang von Halbleiter zu Isolator statt. Der als temperaturaktiviert identifizierter Degradationsprozess führt dabei zur Verminderung der Ladungsträgerbeweglichkeit. Kein zusätzlicher Alterungseffekt kann hingegen durch die Einwirkung hoher Luftfeuchtigkeit auf die ungeschützten Bauteile festgestellt werden, obwohl die Feuchte alle Schichten durchsetzt. Erst der Betrieb der Bauteile unter feuchten Bedingungen führt zu ihrer Zerstörung durch die Ionenleitung des Wassers. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen für die Polymerelektronik eine hohe Stabilität und lange Lebensdauer, wie sie beispielsweise für kommerzielle Anwendungen notwendig sind.