Open Access

Kerstin Andrea Keller

• In this work the preparation of organic donor-acceptor thin films was studied. A chamber for organic molecular beam deposition was designed and integrated into an existing deposition system for metallic thin films. Furthermore, the deposition system was extended by a load-lock with integrated bake-out function, a chamber for the deposition of metallic contacts via stencil mask technique and a sputtering chamber. For the sublimation of the organic compounds several effusion cells were designed. The evaporation characteristic and the temperature profile within the cells was studied. Additionally, a simulation program was developed, which calculates the evaporation characteristics of different cell types. The following processes were integrated: evaporation of particles, migration on the cell walls and collisions in the gas phase. It is also possible to consider a temperature gradient within the cell. All processes can be studied separately and their relative strength can be varied. To verify the simulation results several evaporation experiments with different cell types were employed. The thickness profile of the prepared thin films was measured position-dependently. The results are in good agreement with the simulation. Furthermore, the simulation program was extended to the field of electron beam induced deposition (EBID). The second part of this work deals with the preparation and characterization of organic thin films. The focus hereby lies on the charge transfer salt (BEDT-TTF)(TCNQ), which has three known structure variants. Thin films were prepared by different methods of co-evaporation and were studied with optical microscopy, X-ray diffraction and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX).The formation of the monoclinic phase of (BEDT-TTF)(TCNQ) could be shown. As a last part tunnel structures were prepared as first thin film devices and measured in a He4 cryostat.
• Thema der Dissertation ist die Präparation von Dünnschichten organischer Donor-Akzeptor-Systeme. Zunächst wurde eine Kammer zur Molekularstrahlepitaxie organischer Materialien aufgebaut, die in ein bestehendes System zur Präparation metallischer Dünnschichten integriert wurde. Weiterhin wurde das gesamte Kammersystem um eine Schleuse mit integrierter Ausheizeinrichtung, eine Kammer zur Aufdampfung metallischer Kontakte mittels Schattenmaskentechnik und eine Sputterkammer erweitert. Zur Sublimation der organischen Substanzen wurden verschiedene Typen von Verdampferzellen realisiert und Untersuchungen zur Temperaturverteilung innerhalb der Zellen, sowie Experimente zu den Aufdampfcharakteristika durchgeführt. Parallel hierzu wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, welches die Möglichkeit bietet die Aufdampfcharakteristik verschiedener Zelltypen auf einer Probenfläche zu berechnen. Hierbei werden verschiedene Prozesse berücksichtigt: Verdampfen des Quellmaterials, Migration des Quellmaterials entlang der Tiegelwände und Teilchenkollisionen in der Gasphase. Gleichzeitig ist es möglich einen Temperaturgradienten innerhalb der Zelle einzuführen. Die Prozesse sind voneinander unabhängig und können somit getrennt betrachtet, sowie in verschiedenen relativen Stärken kombiniert werden. Zur Überprüfung der Simulationsergebnisse wurden mehrere Aufdampfexperimente mit verschiedenen Zelltypen durchgeführt und die aufgedampften Schichten ortsaufgelöst vermessen. Bisherige Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit der Simulation. Weiterhin wurde das Simulationsprogramm auf Fragestellungen der elektronenstrahlinduzierten Deposition (EBID) angewendet. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Präparation und Charakterisierung organischer Dünnschichten. Der Fokus lag hierbei auf dem Ladungstransfersalz (BEDT-TTF)(TCNQ), das in drei Strukturvarianten auftritt. Die Proben wurden über verschiedene Varianten der Koverdampfung hergestellt und mittels optischer Mikroskopie, Röntgendiffraktion und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) untersucht. Die Bildung der monoklinen Phase von (BEDT-TTF)(TCNQ) konnte nachgewiesen werden. Als letzter Teil der Arbeit wurden Tunnelkontakte als erste elektronische Dünnschichtbauteile in-situ präpariert und anschließend in einem He4-Kryostaten vermessen.