Beugungsmessung einer Pentacen-Dünnschicht für eine organische TFT

Eine organische TFT (Dünnschicht-Transistor) kann bei relativ niedriger Temperatur auf einem flexiblen Plastik-Schichtträger hergestellt werden. TFTs sind dabei bedeutende Kandidaten für Anwendungen als Transistoren bei der Herstellung besonders dünner und leichter Computerbildschirme.

Pentacen hat viel Aufmerksamkeit als Material mit ähnlicher Mobilität wie amorphes Silizium (Si) gewonnen. Die Mobilität kann darüberhinaus zusätzlich verbessert werden, indem die Kristallphase und molekulare Orientierung kontrolliert wird. Zur Identifizierung der Kristallphase und Untersuchung der molekularen Orientierung können Röntgenbeugungsmessungen durchgeführt werden, wobei verschiedene Schichtdicken (150 nm und 20 nm) einer polykristallinen Pentacen-Dünnschicht bei verschiedenen Bedingungen auf einer beheizten, 300 nm dicken Oxidschicht eines Si (001)-Schichtträgers im Ultrahochvakuum mittels MBE-Methode gebildet werden.

Messungen in und außerhalb der Ebene1 wurden am SmartLab Mehrzweckdiffraktometer von Rigaku ausgeführt.

Out-of-plane measurement
Messung außerhalb der Ebene (Beugung der Gitterebene parallel zur Probenoberfläche)

In beiden Proben können nur die Beugungslinien der Pentacen (001)-Serie beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass die Moleküle in den Proben orientiert vorliegen. Für die 150 nm dicke Probe sind nicht nur die Beugungslinien der Dünnschichtphase im Einklang mit der c-Achsenlänge von 15.40 Å, auch die Beugungslinien der Bulk-Probe sind auf die c-Achsenlänge von 14.40 Å abgestimmt.3 Darüberhinaus können die Beugungslinien der Dünnschichtphase auch bei der 20 nm dicken Probe beobachtet werden, die Beugungslinien der Bulk-Phase jedoch nicht.

Rocking curve measurement
Rocking Curve Messung (Pentacen (002)-Beugungslinie)

Die Weiten der Rocking Curves für die Dünnschichtphasen betragen in etwa 0.08° bis 0.09°, ein nahezu identischer Wert, ganz unabhängig von der Filmdicke. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Filme hochorientiert vorliegen. Die Weiten der Rocking Curves für die Bulk-Phase betragen in etwa 0.22° was darauf hindeutet, dass die Phase unterschiedlich orientiert vorliegt.

In-plane measurement
Messung in einer Ebene (Beugung der Gitterebene senkrecht zur Probenoberfläche)

Bei den Messungen in einer Ebene werden Beugungsprofile mit gutem S/N-Verhältnis erhalten, die nicht durch Signale des thermisch oxidierten Films und des Si-Schichtträgers gestört werden. Zusätzlich können in beiden Proben die Beugungslinien der Pentacenkomponenten (hk0) beobachtet werden. Bei den Messungen außerhalb der Ebene wurden sowohl die Dünnschicht- als auch die Bulk-Phase bei der 150 nm dicken Probe beobachtet. Mithilfe der Pentacen (110)-Beugungslinie der Dünnschichtphase bei 2θ = 19°, kann die Kristallitgröße der Dünnschichtphase mithilfe der Scherrer-Formel berechnet werden. Für beide Proben wurde ein Wert von etwa 50 nm erhalten.

(Die Proben wurden vom Saiki Laboratory, Institut für Komplexitätslehre und Ingenieurwissenschaften, Fakultät für Frotier Sicences, Universität von Tokyo, zur Verfügung gestellt.)

Literaturnachweise:

  1. Katsuhiko Inaba, Rigaku J. 35 27-36 (2004)
  2. C.C. Mattheus, et al., Acta Crystallogr. Sec. C, 57 939-941 (2001) 
  3. J.S. Wu und J.C.H. Spence, J. Appl. Crystallogr. 37 78-81 (2004)



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