Sauerstoffinduzierte Defektzustände in Thiophen-basierten organischen Feldeffekttransistoren

Diese Dissertation behandelt die Einflüsse von Sauerstoff, Wasser und optischer Bestrahlung auf Poly(3-hexylthiophen) (P3HT)-basierte organische Feldeffekttransistoren (OFETs) in Top-Gate Geometrie. Die Stabilitäten bzw. Bauteileigenschaften im Betrieb in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen werden charakterisieren. Es erfolgt eine Analyse der optischen, thermischen und elektronischen Eigenschaften der eingesetzten Organiken und der daraus resultierenden Bauteile. Des Weiteren werden auftretende Instabilitäten im Bauteilverhalten und damit verbundene Anforderungen an die äußeren Bedingungen vorgestellt und diskutiert. Hier wird sowohl gezeigt, dass Sauerstoff in die Bauteile eindiffundieren kann und Defektzustände in P3HT induziert, als auch unter welchen Bedingungen eine Besetzung dieser Defekte oder Ladungsträgerfallen erfolgen kann. Die Stabilität der Defekte wird offenbart und die Diffusion von Sauerstoff aus dem Bauteil heraus untersucht. Neben der Erzeugung und der Eliminierung der Falle wird aufgezeigt, wie die elektronische Entleerung der besetzten Fallen erfolgt. Am Ende dieser Dissertation werden die gefundenen Ergebnisse zu einem modellhaften Gesamtbild zusammengefügt und kritisch diskutiert.

This thesis is discussing the properties of oxygen related defect states in poly(3-hexylthiophene) (P3HT) based organic field-effect transistors (OFET). These defect states can be crucial for logic elements, where the OFETs are held in the off-state, thus under depletion, for a long time. By illuminating depleted p-type top-gate P3HT field-effect transistors with visible light a substantial shift of the threshold-voltage and an large increase in the off-current have been observed. Both phenomena, the threshold-voltage shift and the increase of the off-current, require the presence of oxygen and are persistent for days at room temperature. The effect is explained by the formation of a charge-transfer-complex (CTC) of P3HT and oxygen known from literature to act as an electron trap. Here, the temporal and thermal stabilities of the trapping and detrapping of photo-generated charge carriers from such traps and the change of trapping sites by diffusion of oxygen into or out of the P3HT layer are investigated. A model will be created to describe the processes mathematically and the interplay of all processes will be shown in the conclusion.