Modellierung von Ladungstransport in organischen Feldeffekttransistoren mittels eines kinetischen Monte-Carlo-Ansatzes

Titelangaben

Meier, Tobias:
Modellierung von Ladungstransport in organischen Feldeffekttransistoren mittels eines kinetischen Monte-Carlo-Ansatzes.
Bayreuth , 2023 . - IV, 237 S.
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT)
DOI: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00007166

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Abstract

In dieser Arbeit untersuche ich den Einfluss der Morphologie und der Coulombwechselwirkung auf den Ladungstransport in organischen Feldeffekttransistoren mittels kinetischer Monte-Carlo-Simulation. Dabei gehe ich darauf ein wie sich Korngrenzen, die Anordnung von Oligomeren zueinander und die Coulombwechselwirkung auf den Ladungstransport und die Transfercharakteristiken auswirken. Für die Untersuchung habe ich ein Programm entwickelt und eine kommerzielle Software um Funktionen zur Berücksichtigung der Morphologie des Halbleiters erweitert. In polykristallinen organischen Feldeffekttransistoren habe ich drei Bereiche des Ladungstransports identifiziert, die durch die energetische Lage und die Breite der Korngrenzen bestimmt werden. Für energetisch flache Korngrenzen, dem wahrscheinlich häufigsten Fall, spielt die Lage des Ferminiveaus eine wichtige Rolle. In oligomeren Systemen habe ich herausgefunden, dass eine strenge Anordnung der Oligomere nicht nötig ist für eine hohe Ladungsträgermoblität, sondern eine Vorzugsrichtung der Oligomere mit einem beliebigen Versatz benachbarter Oligomere genügt. Optimal ist dabei ein Versatz benachbarter Oligomere, der genau der Hälfte der Kettenlänge entspricht. Weiterhin habe ich gezeigt, dass die Coulombwechselwirkung zu gekrümmten Transfercharakteristiken führen kann, die sogar ein Maximum aufweisen können. Dieser Effekt kann teilweise durch energetische Unordnung und Temperatur kompensiert werden.

Abstract in weiterer Sprache

In this thesis, I investigate the influence of morphology and Coulomb interaction on charge transport in organic field-effect transistors using kinetic Monte Carlo simulation. I am investigating how grain boundaries, the arrangement of oligomers in relation to each other and the Coulomb interaction affect the charge transport and the transfer characteristics. For the investigation I have developed a program and extended a commercial software with functions to consider the morphology of the semiconductor. In polycrystalline organic field-effect transistors, I have identified three regions of charge transport that are determined by the energetic position and width of the grain boundaries. For energetically flat grain boundaries, probably the most common case, the position of the Fermi level plays an important role. In oligomeric systems, I have found that a strict arrangement of the oligomers is not necessary for a high charge-carrier mobility. Instead, a preferred direction of the oligomers with an arbitrary offset of neighbouring oligomers is sufficient. Optimal is an offset of neighbouring oligomers that corresponds to exactly half of the chain length. Furthermore, I have shown that the Coulomb interaction can lead to curved transfer characteristics, which can even show a maximum. This effect can be partially compensated by energetic disorder and temperature.