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Charge Carrier Transport in Solution Processed Organic Semiconductor Thin Films

Strunk, Karl-Philipp

German Title: Ladungstransport in lösungsmittel-prozessierten dünnen Filmen organischer Halbleiter

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Abstract

Understanding and controlling the flow of charge carriers lies at the heart of today's society as it is the basis for the successful operation of electronic devices. Here, the charge transport properties of organic semiconductor thin films will be investigated. The first part of this work focusses on the fundamentals of charge transport in such films starting with investigations into metal-insulator semiconductor capacitors. A robust and widely applicable approach to measure the charge carrier mobility in semiconductors will be presented next, enabling a novel way to measure this important transport parameter with minimal influence of the commonly occurring injection barriers. Further investigations into the local electrical properties of a transistor under operation condition are carried out. The second part of this thesis is focused on detailed studies into two material classes bearing potential applications in the field of organic electronics. It is shown that the prototypical organic semiconductor Poly(para-phenylene) indeed possesses semiconducting properties in its unsubstituted form. The materials crystallinity was further improved through careful precursor design. Cinnamic acid derivatives are further shown to cross-link under electron radiation. This finding is applied in a semiconducting polymer which preserves its semiconducting properties even after electron beam patterning.

Translation of abstract (German)

Verständnis und Kontrolle über den Fluss elektrischer Ladungsträger sind eine der Grundvoraussetzung der heutigen Gesellschaft, da sie das Fundament für den Betrieb elektronischer Bauteile bilden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Ladungstransport innerhalb dünner Filme lösungsmittel-prozessierter organischer Halbleiter untersucht. Beginnend mit detaillierten Untersuchungen an Metall-Isolator-Halbleiterkondensatoren wurden zunächst grundlegende Studien zum Ladungstransport in solchen Filmen durchgeführt. Im Anschluss wird eine neuartige Methode zur Messung der Ladungsträgermobilität in Halbleitern präsentiert, die - bei minimalem Einfluss der häufig vorkommenden Injektionsbarrieren - einen robusten Zugang zu diesem wichtigen Transportparameter ermöglicht. Außerdem wurden Untersuchungen bezüglich der lokalen elektrischen Eigenschaften eines Transistors unter Betriebsbedingungen durchgeführt. Im zweiten Teil dieser Dissertation wurden zwei Materialklassen mit potentiellem Anwendungsbezug im Bereich der organischen Elektronik im Detail untersucht. Zunächst konnte gezeigt werden, dass das prototypische halbleitende Polymer Poly(para-phenylene) auch in unsubstituierter Form halbleitende Eigenschaften besitzt. Die Kristallinität dieses Materials konnte außerdem durch eine verbesserte Vorläuferroute gesteigert werden. Des Weiteren konnten erfolgreich Zimtsäure-Derivate durch Elektronenstrahlen quervernetzt werden. Dieses neuartige Konzept zur Quervernetzung funktioneller Materialien wurde daraufhin in einem halbleitenden Polymer angewendet, in dem die halbleitenden Eigenschaften auch nach der Strukturierung durch Elektronenstrahlen erhalten blieb.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Melzer, PD Dr. Christian
Date of thesis defense: 23 July 2019
Date Deposited: 18 Sep 2019 08:22
Date: 2019
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Organischer Feldeffekttransistor, Elektronischer Transport, Organischer Halbleiter
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