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Stabilität und Lebensdauer polymerer Transistoren und integrierter Schaltungen

Ficker, Jürgen :
Stabilität und Lebensdauer polymerer Transistoren und integrierter Schaltungen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2004)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Stabilität und Lebensdauer polymerer Transistoren und integrierter Schaltungen
Language: German
Abstract:

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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
At the time when this work was started, the stability of organic semiconductor materials on which organic electronics is based, was generally considered to be weak. Focused on polymeric organic semiconductors, the aim of this work is the investigation of the stability and lifetime of polymer electronic devices fabricated in a thin-film process, with particular attention on the field-effect transistor. Following to an optimization process the polymer electronic devices already show an unexpectedly high stability under ambient conditions. After a shelf life of one year no degradation has been detected. In addition, the devices show high stability during electrical operation, to the extent that during a period of 1000 hours of operation no degradation occurred. Only far above normal stress various degradation processes can be noticed. At high voltages the insulator turns out to be the weakest layer and limits the devices by its breakthrough voltage. When exposed to intensive light, a photo-bleaching of the semiconductor layer parallel to a reduction of the field-effect mobility is observed in UV-Vis spectra. This is attributed to a reduction of the conjugation in the semiconductor due to IR spectra. In temperature measurements the transistors reveal for the polythiophene semiconductor a charge carrier transport by a hopping process. The devices are destroyed at very high temperatures due to exceeding the glass-transition temperature of the insulator, which was identified by DSC measuring. An additional degradation process occurs at the interface semiconductor/insulator, which is temperature activated and reduces the charge carrier mobility. On the other hand, no additional degradation process has been detected by the impact of high humidity on the unprotected devices, although the humidity penetrates all layers. Only electrical operation under humid conditions results in a destruction of the devices due to ionic conduction. The results of this work show high stabilities and long lifetimes of the polymer devices, as it is required for commercial applications for example.English
Uncontrolled Keywords: OFET, Organischer Feldeffekttransistor, PFET, Polymerer Feldeffekttransistor, Stabilität, Ermüdung, Alterung, Degradation
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
OFET, Organischer Feldeffekttransistor, PFET, Polymerer Feldeffekttransistor, Stabilität, Ermüdung, Alterung, DegradationGerman
OFET, organic field-effect transistor, PFET, polymer field-effect transistor, stability, operation lifetime, shelf life, degradationEnglish
Divisions: Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:50
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000476
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-4761
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Seggern, Prof. Dr. Heinz von and Rehahn, Prof. Dr. Matthias
Advisors: Seggern, Prof. Dr. Heinz von
Refereed: 6 July 2004
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/476
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