Kompensationsdotierung und Dotandenmigration in organischen Feldeffekt-Transistoren

Die Aussicht auf eine kostengnstige Massenproduktion flexibler elektrischer Bauteile hat organischen Halbleitern wie dem weitverbreiteten konjugierten Polymer P3HT in den letzten Jahren viel Beachtung zukommen lassen. Eine Anwendung gerade dieses gut synthetisierbaren und prozessierbaren Materials in organischen Feldeffekt-Transistoren (OFETs) blieb dabei jedoch bislang aufgrund seiner Instabilitt an Luft stark eingeschrnkt. Die unerwnschte p-Dotierung des Polymers durch Sauerstoff konnte in dieser Arbeit mit Hilfe molekularer n-Dotanden kompensiert werden. Hierdurch wurde das durch die Sauerstoff-Dotierung reduzierte On/Off-Verhltnis der OFETs deutlich vergrert. Allerdings verschlechterten sich zeitgleich Feldeffekt-Mobilitt sowie Schwellenspannung der Bauteile und ihre Transfercharakteristik wies eine zunehmende Hysterese auf, was auf den Drift der verwendeten n-Dotanden in ihnen zurckgefhrt werden konnte. Innerhalb von Halbleiter-Filmen konnte ein Dotanden-Drift dabei anhand einfacher elektrischer Messungen nachverfolgt werden. Anschlieende Untersuchungen mit hinzugegebenen isolierenden Polymeren offenbarten, dass diese jenen Drift in Halbleiter-Filmen potentiell unterdrcken knnen. Fr die Anwendung in OFETs erwiesen sie sich jedoch aufgrund einer tendenziell ungnstigen Morphologie im Zusammenspiel mit n-dotiertem P3HT als ungeeignet.
Letztendlich konnte der Dotanden-Drift in Transistoren durch eine chemische Modifikation der verwendeten n-Dotanden unterbunden werden. ber die Funktionalisierung mit einer Azidgruppe konnte eine kovalente Bindung zwischen Dotand und Halbleiter und somit eine Immobilisierung der Dotanden im Bauteil erreicht werden, wodurch dort die negativen Auswirkungen ihres Drifts abgewendet werden konnten. Wie reine P3HT-OFETs zeigten an Luft prozessierte und charakterisierte Bauteile mit immobilisierten n-Dotanden kaum Hysterese, eine fr dieses Material hohe Feldeffekt-Mobilitt sowie eine niedrige Schwellenspannung. Der alleini