22 Nov Dünnfilmschichten automatisiert und nach Maß herstellen
Organische Halbleitermaterialien sind vielversprechende Schlüsseltechnologien für die Entwicklung hochmoderner optoelektronischer Komponente. So werden die ultradünnen, mechanisch flexiblen und leichten Halbleiterdünnschichten beispielsweise in modernen Transistoren, empfindlichen Sensoren oder organischen Solarzellen verwendet. Ihr Energieumwandlungspotential und damit ihre Funktionalität wird von den elektronischen Energieniveaus der organischen Dünnfilme bestimmt, die von den Molekülen sowie ihrer Anordnung und den Wechselwirkungen zwischen jeweils benachbarten Molekülen innerhalb der Dünnschichten abhängen.
Ein deutsch-amerikanisches Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern entwickelte – unter Führung des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) – ein neuartiges Herstellungsverfahren, mit dem sich automatisiert dünne Halbleiterfilme mit maßgeschneiderten strukturellen und elektronischen Eigenschaften präzise fertigen lassen. Die vorgestellte Methode erzeugt gezielt Dünnschichten mit kontrollierbaren Wechselwirkungen zwischen Molekülnachbarn und spezifischen Energieniveaus.
Rollende Abscheidung von Halbleiterdünnschichten
Die Rolling-Transfered-Langmuir-Layer-Technik, eine Weiterentwicklung der etablierten Langmuir-Blodgett-Technik zur Abscheidung dünner Filme, eignet sich zur Herstellung von Monoschichten organischer Halbleitermoleküle an Luft-Wasser-Grenzflächen. Hierzu wird eine Molekülschicht, die sich auf einer Wasseroberfläche bildet, auf ein festes Trägermaterial übertragen. Die Abscheidung der molekularen Monoschicht auf das Substrat erfolgt über ein spezifisches und von den Forschenden entwickeltes rollendes Transfersystem, das das zu beschichtende Substrat enthält und das über den Molekülfilm an der Wasseroberfläche bewegt wird. Die an der Luft-Wasser-Grenzfläche ausgebildete Molekülschicht bleibt durch die rollende Bewegung schließlich am Substrat haften.
Für die Herstellung können die Forschenden zum einen die die Packungsdichte der Moleküle innerhalb einer Schicht, die von sehr dicht gepackt bis weniger dicht gepackt reichen kann, über den Oberflächendruck während der Abscheidung systematisch variieren. Zum anderen lässt sich die Anzahl der übereinanderliegenden Moleküllagen und damit die Schichtdicke der Dünnfilme präzise einstellen.
„Das von uns entwickelte Verfahren erlaubt es, auch kristalline Filme abzuscheiden, deren Herstellung mit etablierten Methoden bisher nur mit erheblichem Aufwand verbunden war und häufig zu Oberflächendefekten, wie beispielsweise Brüchen in den organischen Dünnschichten, führte“, , erklärt Privatdozent habil. Martin Presselt, Leiter der Arbeitsgruppe Organische Dünnschichten und Grenzflächen am Leibniz-IPHT, der gemeinsam mit seinem Team die neue Methode entwickelte. „Mit dem vorgestellten Prozess können wir diese Oberflächendefekte auf ein Minimum reduzieren und sowohl Monoschichten als auch mehrere Dünnfilmschichten mit individuellen Eigenschaften direkt, gleichmäßig und mit hoher Qualität skalierbar herstellen.“
Originalpublikation:
[S. J. Finkelmeyer, et al., Tailoring the weight of surface and intralayer edge states to control LUMO energies, Advanced Materials, 2023, https://doi.org/10.1002/adma.202305006]
Quelle und Bild: www.leibniz-ipht.de
