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Organische Halbleiterbauteile auf Fasersubstraten

Könyves-Toth, Tobias :
Organische Halbleiterbauteile auf Fasersubstraten.
TUprints, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Organische Halbleiterbauteile auf Fasersubstraten
Language: German
Abstract:

Die Realisierung organischer elektronischer Bauteile auf Fasern bietet eine Vielzahl von neuen Anwendungen im Bereich der Smart Textiles. Während mit einem direkten Transfer des Produktionsprozesses von flachen zu faserförmigen Bauteilstrukturen durchaus funktionierende Bauteile hergestellt werden können, ist die Anwendung auf Fasern eine Herausforderung, die über die relativ einfache Änderung in der Geometrie hinausgeht. Auch wenn die Methoden und Prozesse für die Materialbeschichtung und Strukturierung auf Fasersubstraten angepasst werden, sind viele der resultierenden Bauteile nicht funktionsfähig oder zeigen eine deutlich reduzierte Effizienz und Lebensdauer.

Diese Arbeit präsentiert nötige Änderungen im Produktionsprozess und Anpassungen in der Bauteilstruktur, um den Anforderungen von faserförmigen Substraten zu genügen. Der Produktionsprozess für zylindrische Substrate wurde basierend auf bekannten Prozessen für die Herstellung von flachen Bauteilen entwickelt. Das Hauptanliegen war dabei eine zuverlässig reproduzierbare Prozessführung. Dieses Anliegen wurde durch die erfolgreiche Entwicklung und Realisierung eines einzigartigen Verdampfersystems erreicht, das in dieser Arbeit vorgestellt wird. prints Zusätzlich wurden bekannte flache Strukturen von ausgewählten organischen Elektronikbauteilen für einen Transfer auf die zylindrische Fasergeometrie angepasst. Besonders die Struktur und Zusammensetzung der metallischen Kontakte wurden entsprechend den Anforderungen des neuen Verdampfersystems modifiziert. Die neue Struktur mit einer Gold-Anode und einer mehrschichtigen semi-transparenten Kathode wurde in flacher Geometrie getestet und mit den Standardbauteilen verglichen.

Mit Fokus auf die Herstellung flexibler faserförmiger Bauteile wurden während der Untersuchung des Prozesses Probleme bei der Prozessführung identifiziert: Die Schichtbildung des aufgedampften Materials im Vakuum kann auf zylindrischen Oberflächen die Funktionalität der resultierenden Bauteile beeinträchtigen. Zusätzlich bedingt die Geometrie der Fasersubstrate in der Regel eine raue und beschädigte Faseroberfläche, die ebenfalls die Bauteileffizienz deutlich reduziert.

In dieser Arbeit wird ein Ansatz vorgestellt, der entscheidende zusätzliche Prozessparameter identifiziert. Mit dem angepassten Herstellungsprozess können homogene Schichten auf faserförmigen Substraten erreicht werden. Zusätzlich demonstriert diese Arbeit eine thermische Behandlung um die Oberflächenrauheit von Fasern zu reduzieren. Diese Methode erlaubt die Herstellung von relativ flexiblen OLEDs mit zylindrischer Lichtemission. Die Realisierung dieser funktionalen flexiblen OLEDs auf Fasersubstraten zeigt die Effektivität der vorgestellten Prozessanpassungen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Realizing organic electronic devices on fibers offers a variety of new applications in the area of smart textiles. While a direct transition of the production process from flat to fiber shaped device structures can yield functional devices, applying it to fibers is challenging in spite of the relatively simple transition in geometry. Even if the methods and processes to apply the required material structures are adapted to the cylindrical shape of fiber substrates, the resulting devices are mostly not functional or only with severe reduction in performance and life time. This work presents the necessary adaptation of the production process and the customization of the device structure to meet the requirements of fiber shaped substrates. The production process for cylindrical devices was developed based on the established processes for flat devices. The main objective was a reliable and repeatable process. This was achieved by the successful development and realization of a unique evaporation system presented in this work. In addition, the known flat structure of selected organic electronic devices was adjusted for a transfer to cylindrical geometry. Especially the structure and composition of the metallic contacts was modified to be processable in the new system. The new structure using a gold anode and a layered semi-transparent cathode was tested in flat geometry and compared to the standard devices. Focusing on the realization of flexible fiber shaped devices, process related challenges have been identified: the layer formation of the evaporated material on cylindrical surfaces can prevent functionality of the built devices. Additionally, the substrate’s geometry usually results in rough and damaged fiber surfaces that also severely affect the device’s performance. This work presents an approach to achieve homogenous layers; new parameters unique to the production process on fiber shaped substrates were identified. Furthermore, this work demonstrates a thermal treatment to reduce the surface roughness of fibers. Using this treatment allows for the fabrication of rather flexible OLEDs with cylindrical emission characteristics. The realization of functional semi-flexible OLEDs on fiber substrates shows the effectiveness of the proposed process tuning.English
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: TUprints
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Electronic Materials
Date Deposited: 08 Mar 2016 13:10
Last Modified: 08 Mar 2016 13:10
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-49315
Referees: von Seggern, Prof. Dr. Heinz and Ensinger, Prof. Dr. Wolfgang
Refereed: 24 June 2015
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4931
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