N-Heteroacene als funktionale Halbleiter in anorganisch-organischen Feldeffekttransistoren

Eines der zentralen elektronischen Bauelemente der gedruckten Elektronik ist der gedruckte Feldeffekttransistor. Um diese Bauteile herstellen zu können werden lösliche Halbleiter benötigt, die in Drucktinten eingesetzt werden können. Als n-halbleitende Materialien können beispielsweise ZnO-Nanopartikel eingesetzt werden, die als ZnO-Nanopartikel-Dispersionen verarbeitet werden. Die auf diesem Wege hergestellten halbleitenden Schichten, weisen jedoch Lücken zwischen den Partikeln auf, die in der Halbleiterschicht zu schlechten Ladungstransporteigenschaften führen. Deshalb beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Entwicklung von neuen halbleitenden organischen Bindermolekülen auf Basis von Stickstoffheteroacenen, die die Lücken zwischen den Nanopartikeln füllen und somit die Ladungstransporteigenschaften im Transistor verbessern können. Dazu wurden ZnO-Nanopartikel-Dispersionen hergestellt, charakterisiert und im Hinblick auf die Reinheit der Dispersionen optimiert. Weiterhin wurden als organische Binder verschiedene neue Naphtho[2,3-g]chinoxaline und Pyrazino[2,3-b]phenazine hergestellt und charakterisiert. Dabei wurden während des Entwicklungsprozesses die elektronischen Eigenschaften der organischen Binder gezielt auf die Eigenschaften der Nanopartikel abgestimmt. Außerdem wurden die entwickelten organischen Halbleiter auf ihre Stabilität und ihre Eignung als organische Binder untersucht. Als besonders vielversprechend kristallisierte sich hierbei die neu entwickelte Klasse der hochfluorierten Pyrazino[2,3-b]phenazine heraus. Das im Rahmen dieser Dissertation entwickelte hochfluorierte Pyrazino[2,3-b]phenazin konnte zur Infiltrierung von ZnO-Nanopartikel-Schichten verwendet werden. Mit Hilfe der Infiltrationsversuche wurde der positive Einfluss des hochfluorierten Pyrazino[2,3-b]phenazins auf die Transistoreigenschaften der ZnO-Nanopartikel-Schicht im Vergleich zur reinen ZnO-Nanopartikel-Schicht nachgewiesen.

The printable field effect transistor is one of the most important devices in the field of printable electronics. To fabricate this device by printing processes soluble semiconductors, which can be formulated into inks, are needed. As n-type semiconductor zinc oxide nanoparticles can be used as nanoparticle dispersions in the printing process. However these semiconducting layers possess lots of voids between the nanoparticles resulting in reduced charge carrier mobility. To fill the voids between the nanoparticles and thus improve the transistor performance, this dissertation deals with the development of new semiconducting organic binder molecules derived from nitrogen containing acenes. For this purpose zinc oxide nanoparticles were synthesized and characterized. Furthermore the nanoparticle dispersion was optimized with regard to the purity of the dispersion. In addition several novel naphtho[2,3-g]quinoxalines and pyrazino[2,3-b]phenazines were synthesized and characterized. During the development process of the organic binders the electronic properties of the organic compounds were optimized with regard to the properties of the nanoparticles. The stability and the potential of the developed organic semiconductors as functional binder were investigated, too. In doing so the newly developed highly fluorinated pyrazino[2,3-b]phenazines turned out to be the most promising class of compounds. The zinc oxide nanoparticles were combined with the developed highly fluorinated pyrazino[2,3-b]phenazine. With this addition of the highly fluorinated pyrazino[2,3-b]phenazine to the zinc oxide nanoparticle layer the positive influence of the developed organic binder on the transistor performance of the nanoparticles was demonstrated.